Brevet FR2163420A1 — publié le 19730727

La présente invention a pour objet un procédé de soudage de pièces en polytétrafluoréthylène (PTFE) ainsi que les pièces en polytétrafluoréthylène soudées selon ce procédé. Le polytétrafluoréthylène (PTFE) est une matière plastique de plus en plus utilisée, notamment en raison de sa bonne tenue à température élevée. Cependant, du fait que ce matériau ne passe pas par un état liquide, quand on le chauffe, mais qu'au contraire il passe simplement par un état pâteux plastique, dénommé gel, il n'a pas été possible, jusqu'à présent de réaliser dans la pratique de bons soudages de pièces en polytétrafluoréthylène. Lorsque l'on réalise des pièces en PTFE à partir de poudre de PTFE vierge, c'est-à-dire, n'ayant jamais passé par llétat de gel, on obtient bien un véritable soudage des grains de poudre en réalisant un chauffage jusqu'à l'état de gel et en effectuant une compression. En général, on comprime tout d'abord la poudre vierge dans un moule ou dans une filière avec une pression de 200 à 400 bars pour obtenir une pièce compacte qui est ensuite cuite dans un four, la pièce pouvant se dilater librement sous l'effet de la température. On obtient également un tel soudage des grains de poudre vierge, dans une variante, en préformant la pièce dans un moule, à pression beaucoup plus basse, par exemple de l'ordre de 10 bars. La cuisson doit alors avoir lieu dans un volume limité, par exemple dans un moule, pour obtenir le passage à l'état de gel avec forte dilatation, cette cuisson étant ainsi réalisée sous faible pression. Par contre, si l'on utilise, au lieu d'une poudre vierge, une poudre régénérée provenant par exemple de déchets ou de rebroyages de pièces, c 'est-à-dire une poudre ayant subi une première cuisson et étant donc déjà passée par l'état de gel, il est beaucoup plus difficile d'obtenir des pièces de bonne qualité. En effet, avec de telles poudres régénérées il est nécessaire de prévoir à la fois une forte pression de préformage ainsi qu'une cuisson et un refroidissement toujours sous forte pression, par exemple de l'ordre de 200 bars On comprend donc que la soudure de pièces en PTFE qui ont été elles-mEmes réalisées par cuisson, présente de grandes difficultés. En effet, il est dans la pratique, impossible de souder de telles pièces en comprimant fortement les surfaces en contact avec les pressions élevées utilisées pour la cuisson de la poudre régénérée. Pour remédier à ces inconvénients on a déjà proposé d'interposer entre deux pièces cuites à souder un élément cru tel qu'une feuille de PTFE cru, une dispersion aqueuse de PTFE ou encore un élément de polyfluoro-éthylène-propylène FEP (matériau fusible). Néanmoins, les résultats ont montré que l'on n'obtient, par ce procédé, que de bons collages, sans parvenir à de véritables soudures. En particulier, on constate qu'il n'y a pas de véritables soudures entre les surfaces lisses, comme cela était d'ailleurs prévisible, d'une part en raison de la nature différente du matériau intermédiaire ou bien des produits étrangers qu'il peut contenir, d'autre part du fait que, comme il est bien connu, si l'on reprend un moulage en comprimant ensemble deux pièces ayant déjà subi séparément une précompression, on constate après la cuisson qu'il nly a pas de soudure entre les deux surfaces lisses. L'invention se propose donc de fournir un procédé, permettant de réaliser une soudure de bonne qualité entre deux pièces de PTFE déjà cuites, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des pressions élevées. L'invention a pour objet un procédé de soudage de pièces de polytétrafluoréthylène caractérisé par le fait que l'on rend d'abord rugueuses les surfaces à assembler desdites pièces, que l'on répartit ensuite une poudre vierge d'une nature correspondant à celle des pièces assemblées entre lesdites surfaces et que l'on effectue ensuite la cuisson de l'ensemble sous une pression réduite jusqu'à obtenir l'état de gel de la poudre. Conformément à l'invention, on peut rendre rugueuses les surfaces à assembler par soudage par différents moyens, comme par exemple, un grattage mécanique, par exemple à l'aide d'une fraise ou d'un outil de ce genre. Du fait que l'on est fréquemment amené à usiner des surfaces pour l'assemblage, par exemple à pratiquer des chanfreins pour réunir des feuilles, ce grattage mécanique peut etre effectué lors de l'opération d'usinage elle-même en prenant toutefois bien soin, conformément à l'invention, d'usiner les surfaces de manière à les rendre rugueuses et non pas lisses comme on cherche à le faire jusqu'à présent. La poudre vierge de polytétrafluoréthylène est répartie de préférence sur une épaisseur moyenne au moins égale à 3 mm. La nature de la poudre vierge utilisée correspond à la nature du polytétrafluoréthylène formant les pièces à souder. Si les matériaux constitutifs de ces pièces sont de natures différentes on utilise, selon l'invention, une poudre formée d'un mélange, de préférence équiproportion, de poudres correspondant respectivement aux différentes natures des pièces à souder. Le chauffage au gel de la poudre s'effectue à la température de gel qui est généralement de l'ordre de 3270C. Toutefois, d'une manière générale, la température maximale atteinte dans la poudre peut se situer au-dessus de 3270C, en restant au-dessous de la température de décomposition du PTFE, la durée du chauffage étant de préférence de l'ordre de quelques minutes par exemple 10 mn. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, il est possible d'effectuer, avant le chauffage, une compression à une pression de préférence de l'ordre de 10 à 15 bars, cette compression ayant pour but de faire échapper l'air et de faire s'agglomérer les grains de façon qu'ils épousent les aspérités des surfaces rugueuses à souder. Après cette première compression, le chauffage a lieu sous une pression de l'ordre de 2 bars, par exemple. Toutefois, dans un autre mode avantageux de mise en oeuvre de l'invention, cette précompression peut se situer pendant le début du chauffage, la pression étant ensuite réduite lorsque la température s'approche de la température de gel. La pression de soudage, lorsque la température s'approche de la température de gel, est de préférence voisine de 2 bars. Cette pression pourrait cependant etre différente et notamment supérieure dans certains cas. De préférence, la quantité de poudre mise en place dans la zone à assembler est prévue de façon à provoquer, lors de la compression, un tassement constant de la poudre. Dans la mise en oeuvre de l'invention, on prendra d'autre part soin, lors du soudage, de ne pas provoquer de mouvements relatifs des pièces à souder les unes par rapport aux autres. On empechera également tout mouvement relatif lors du refroidissement par exemple en maintenant toujours une certaine compression au niveau de la zone de soudure jusqu'à ce qu'une température suffisamment basse ait été atteinte. L'invention a également pour objet un dispositif de répartition de poudre pour la mise en oeuvre de l'invention, ce dispositif étant caractérisé par le fat qu'il comporte deux parois écartées l'une de l'autre d'une largeur correspondant sensiblement à la largeur de la soudure à effectuer, lesdites parois étant réunies à leur partie inférieure par pluralité de fils métalliques transversaux présentant une forme, généralement bombée, correspondant au profil que doit présenter la section de la couche de poudre pour provoquer un tassement régulier de la poudre lors du rapprochement d'éléments soudeurs tels que des mâchoires chauffantes. Enfin, l'invention a pour objet les pièces soudées en utilisant le procédé selon l'invention. Des modes de mise en oeuvre particuliers de l'invention, vont maintenant être décrits, à titre d'exemple non limitatif, dans la description suivan#ainsi que dans le dessin annexé dans lequel: - la figure 1 représente schématiquement une vue d'une feuille de PTFE chanfreinée à l'aide d'une fraise, - la figure 2 représente en variante, un lamage pratiqué dans la feuille à l'aide d'une fraise, - la figure 3 représente une vue schématique en coupe tranversale de deux feuilles à assembler, ainsi que du dispositif permettant la mise en place de la poudre, - la figure 4 représente les deux feuilles pendant le soudage, - la figure 5 représente, à titre de variante, l'assemblage de deux feuilles pour une soudure d'angle, avant le soudage, - la figure 6 représente l'assemblage de la figure 5 pendant le soudage, - - la figure 7 représente l'assemblage de deux feuilles pour une soudure par superposition avant le soudage, - la figure 8 représente les feuilles de la figure 7, pendant le soudage. On voit sur la figure 1. une feuille de PTFE 1 destinée à etre assemblée par soudage à une autre pièce de PTFE. Sur la feuille 1, on effectue un chanfrein de soudage au moyen d'une fraise 2 en acier tournant à faible vitesse de façon à tracer des sillons ou stries et rendre rugueuse la surface à souder. Dans la variante de la figure 2, la préparation de la surface rugueuse s'effectue en bordure de la feuille 3, sur une largeur de 15 à 20 mm, au moyen de la fraise 2. En se référant à la figure 3, on voit que deux feuilles 1 ont été posées, avec leurs chanfreins mis bout à bout, sur un support inférieur constitué par une plaque 4 de préférence en cuivre ou en acier inoxydable. Les feuilles 1 sont maintenues dans cette position par deux pièces 5 distantes par exemple de 15 à 20 mm et serrées en direction de la plaque 4 par des moyens quelconques afin de maintenir fermement les feuilles 1 en position. Un dispositif de répartition de poudre 6 est disposé entre les deux feuilles 5, ce dispositif étant constitué par deux fers cornières 7 et 8 déterminant entre eux un canal 9, ces fers étant reliés entre eux par une pluralité de fils d'acier inoxydable 10, d'environ 1 mm, soudés transversalement sur les deux cornières et séparés l'un de l'autre d'environ 10 mm. Ces fils assurent 1 'entretoisement des deux cornières constituant le canal. Comme on le voit sur la figure 3, ces fils possèdent une forme incurvée, avec la concavité dirigée vers le bas. La forme de ces fils est choisie de façon à permettre à la poudre de prendre une conformation permettant, après compression, d'obtenir un tassement uniforme et régulier. Dans ce dispositif de répartition 6, on verse une poudre de PTFE, de la meme qualité que les feuilles 1 à souder, et l'on arase ensuite pour éliminer l'excès de poudre grace à une raclette ll présentant une forme correspondant à la courbure des fils. Dans ces conditions, on a ainsi obtenu une couche de poudre 12 allongée et présentant, dans sa section transversale, une surface supérieure bombée dont la convexité se dirige vers le haut. On enlève alors le dispositif de répartition de poudre 6 et on rapproche de la zone à assembler deux mâchoires chauffan-tes 13 et 14, par exemple par vérin pneumatique ou tout autre dispositif permettant d'assurer une pression. Ces mâchoires sont chauffées à'2500C environ et viennent exercer tout d'abord une pression de l'ordre de 15 bars par cm2 de soudure. Il en résulte que la poudre se trouve comprimée à plat comme représenté sur la figure 4, avec un écrasement constant sur toute la surface du soudigr & e la forme initiale déterminée par le dispositif de répartition 6. On augmente ensuite la température des m choires jusqu'à une température de l'ordre de 360 à 3800C et l'on réduit la pression des mâchoires à environ 2 bars par cm2 de soudure, en laissant les m choires dans cet état pendant environ 10 mn. La soudure a lieu à l'état de gel à environ 3270C. Après ce laps de temps, on refroidit les mâchoires sans les déplacer de façon à éviter tout mouvement relatif des deux feuilles jusqu'à la disparition de l'état de gel, à la suite de quoi l'on peut ouvrir les mâchoires et reprendre une autre opération à la suite. On se réfère aux figures 5 à 8. Si l'on désire effectuer une soudure d'angle, comme représenté sur la figure 5, ou une soudure à plat avec chevauchement comme sur la figure 7, on pratique sur chacune des feuilles à assembler un lamage comme représenté sur la figure 2. Après avoir immobilisé la feuille inférieure 3, on dépose sur la partie rugueuse de cette feuille inférieure 3 une couche 15 de poudre de PTFE qui a une épaisseur par exemple de l'ordre de 4 mm. On superpose ensuite sur cette couche, la feuille supérieure telle que la feuille repliée 3a sur la figure 5 ou la feuille 3b sur la figure 7, et l'on rapproche ensuite les m choires comme représenté sur les figures 6 et 8. Les valeurs des températures, pression et durée de soudage sont les mêmes que dans le cas de la soudure de deux feuilles mises bout à bout, comme représenté sur la figure 4. Dans le cas où les deux pièces à assembler, comme par exemple les feuilles décrites ci-dessus, sont de natures différentes, on utilise comme poudre un mélange de poudres correspondant chacune à la nature de l'une des pièces à assembler. Des essais, réalisés avec les pièces soudées selon l'invention, ont permis de constater que l'on obtient des véritables soudures, c'est-à-dire que des essais de traction, par exemple pour des feuilles assemblées selon la figure 4 ou selon la figure 8, amènent à la limite une rupture du polytétrafluoréthylène, mais jamais de décollement de la soudure. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'assemblage de feuilles, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'au contraire, il est possible de souder sur l'invention des pièces de formes quelconques. Ainsi, on pourrait souder entre elles, avec les modes de mise en oeuvre représentés sur les dessins, des plaques épaisses, ou des barres ou d'autres pièces de ce genre REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage de pièces de polytétrafluoréthylène, caractérisé par le fait que l'on rend d'abord rugueuses les surfaces à assembler desdites pièces, que l'on répartit ensuite une poudre de polytétrafluoréthylène vierge d'une nature correspondant à celle des pièces assemblées entre lesdites- surfaces, et que l'on effectue ensuite la cuisson de l'ensemble sous une pression réduite jusqu l'obtention de l'état de gel de la poudre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'épaisseur moyenne de poudre vierge entre les deux surfaces, avant compression, est d'au moins 3 mm. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que la température atteinte dans la poudre est voisine de ou supérieure à 3270C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que l'on effectue le chauffage à l'état de gel à une pression voisine de 2 bars. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé par le fait que l'on effectue, avant ou au début du chauffage, une compression de l'ordre de 10 à 15 bars. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que la quantité de poudre mise en place dans la zone à assembler est telle qu'elle provoque, lors de la compression, un tassement constant de la poudre. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour la soudure de pièces en PTFE de natures différentes, caractérisé par le fait que la poudre utilisée est un mélange de poudres correspondant chacune respectivement à la nature de l'une des pièces. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que l'on maintient une certaine pression pendant au moins la période initiale du refroidissement. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que l'on effectue la compression et le chauffage à l'aide de deux mâchoires chauffantes. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que l'on rend les surfaces rugueuses par grattage mécanique, par exemple à l'aide d'une fraise. 11. Dispositif répartiteur de poudre, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé par le fait qu'il comporte deux parois écartées d'une distance sensiblement égale à la largeur de la soudure à effectuer, les parties inférieures desdites parois étant reliées par une pluralité de fils écartés les uns des autres et présentan une forme bombée correspondant à la forme à donner à la couche de poudre, une raclette étant prévue pour racler l'excès de poudre entre lesdites deux parois au-dessus desdits fils. 12. Pièces de polytétrafluoréthylène, caractérisés par le fait qu'elles sont soudées l'une à l'autre par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 13. Pièces, notamment feuilles, selon la revendication 11, caractérisées par le fait qu'elles ont reçu, avant soudage, un bord chanfreiné rugueux. 14. Pièces, notamment feuilles, selon la revendication 11, caractérisées par le fait qu'elles ont reçu, avant soudage, un lamage rugueux.