Brevet FR2160449A1 — publié le 19730629

L'invention concerne des éléments de joint servant à rendre étanches des pièces de machine en mouvement et formés de pièces moulées de polymèrefluorocarboné, pur ou chargé, en poudre et éventuellement en suspension, que l'on traite spécialement pour améliorer la résistance à l'usure. Ces éléments de joint comprennent tous les-genres d'an neaux de joint radiaux et axiaux pour orbres, de joints à lèvres d'anneaux toriques, de joints à profil spécial, de pistons étanches par eux-mêmes destinés à l'hydraulique et à la pneumatique ainsi que d'enveloppes d'éléments de joint, de garnitures, d'éléments d'étanchéité reliés à d'autres corps ou situés sur d'autres corps. Les éléments de joint formés de polymères fluorocarbonés se distinguent entre autres par une très bonne résistance chimique, une grande résistance à la chaleur et au froid entre + 260 et - 2500 C. et par un faible coefficient de frottement. Il est possible d'utiliser de tels éléments de joint sans lubrification. Un inconvénient notable réside dans la faible résistance à l'usure et donc dans la faible longévité de ces joints Antérieurement, on a diminué cet inconvénient notable en ajoutant différentes charges. Les inconvénients de ce procédé sont la dépense relativement grande nécessitée par la préparation de mélanges homogènes et la diminution de la résistance chimique relativement aux produits de polymérisation fluorocarbonés purs. On peut obtenir une diminution notable de l'usure grâce au traitement superficiel prévu par l'invention, appliqué aussi bien aux polymères fluorocarbonés purs qu'aux polymères contenant une charge. Ce traitement entraîne une extension du domaine d'application des polymères fluorocarbonés comme joints, car en particulier, il devient possible de les utiliser à de plus grandes vitesses de glissement. L'invention a pour but d'augmenter le résistance à 1' usure, en particulier à l'usure à sec des éléments de joint. Uinvention vise à améliorer la résistance à l'usure pour allonger notablement le temps écoulé avant l'apparition de fuites, ce qu'on appelle le temps de service des éléments de joint Le procédé peu compliqué de traitement de surface peut s'appliquer même à un grand nombre de pièces et assure une large utilisation de l'effet. De façon surprenante, on a trouvé que des éléments de joints formés de polymères fluorocarbonés, purs ou chargés, présentent une augmentation notable de la résistance à l'usure après un processus d'immersion dans une solution chimique en elle-même connue. Cette solution peut être formée soit d'un complexe de métal alcalin ou alcalino-terreux et de naphtalène ou d'anthracène dans un solvant éthéré, soit de métal alcalin ou alcalinoterreux sous forme de solution non aqueuse dans une amine. On plonge les éléments de joints dans l'une des solutions indiquées, à une température comprise entre -75 et + 300C et ensuite on les lave à l'eau jusqu'à neutralité. A la suite du traitement, il se forme jusqu a une profondeur de 20liLm dans les couches marginales des polymères fluorocarbonés des groupements hydroxyles, carbonyles et des doubles liaisons qui conduisent à une réticulation des macromolécules, ce qui donne de meilleure propriétés d'usure. La couche se colore en brun par le traitement. On expliquera ltintention ci-après à propos de deux exemples. EXEMPLE 1 On plonge des joints annulaires radiaux d'arbre ayant un diamètre nominal de 40 mm, fabriqués en polymères purs et chargés de fluorocarbure dans une solution comprenant 9,2 g de sodium, 51 g de naphtalène, 400 ml de tétrahydrofurane ayant une teneur en eau inférieure à 0,2%. On plonge pendant 4 minutes es anneaux en polymère fluorocarboné pur et pendant 10 minutes les anneaux en polymère chargé. Ensuite, on neutralise les joints par lavage à l'eau et on élimine de la surface le reste du naphtalène au moyen d'acétone ou de benzène. Avec les anneaux de joint d'arbre à surface ainsi traitée, on fait des essais d'usure en comparaison d'anneaux non traités; les résultats et les conditions d'essai sont indiqués au Tableau 1. TABLEAU 1 T t I Temps de Matière fonction- Conditions PTFE, pur, non traité 1 4 1 milieu ML 73: t PTFE, pur, surface traitée : 400 í vitesse de rota- t PTFE, pur, surface traitée 400 vitesse de rota 1300 tours/mn 1 PTFE, chargé, non traité 1 20 t température 50 C. PTFE, chargé, surface traitée 400 PTFE = poly(tétrafluoroéthylène). EXEMPLE 2 On plonge pendant 20 secondes des éprouvettes en forme de disques formées d'un polymère fluorocarboné pur, ayant un diamètre de 40 min et une épaisseur de 10mm, dans une solution à 10 % en poids de sodium dans de l'ammoniac liquide à - 70- C. On nettoie ensuite les disques dans de l'eau chaude. Avec les éprouvettes à surface traitée, on fait des essais de détermination de l'usure dans les conditions du frottement de glissement et de roulement. A cet effet, on utilise un dispositif dans lequel deux disques d'égale grandeur tournent en sens opposé sous une force de 20 kg, l'un des deux disques ayant une vitesse de 10 X supérieure à l'autre. Les résultats de la détermination d'usure sont indiqués par le Tableau 2 (course de roulement et de glissement de 1256 m, vitesse de glissement du disque inférieur 0,4 m/s). Le tableau 2 indique l'usure des disques de poly(tétrafluoroéthylène) non traités et à surface traitée en mg. Le disque I est constitué en poly(tétrafluoroéthylène) alors que le disque II peut être en poly(tétrafluoroéthylène) ou en acier 100 Cr 6. T A B L E A U 2 Surface traitée (tous Non-traité les disques en PTFE) PTFE/PTFE PTFE/acier PTFE/PTFE PTFE/acier Disque I 30,2 27,2 0,5 0,1 Disque II 24,2 0,3 0,3 0,3 -REVENDICATIONS 1 -.Eléments de joint formés de pièces moulées de polymère fluorocarboné, pur ou chargé, en poudre et éventuellement en suspension, caractérisés par le fait que pour augmenter la résistance à l'usure et donc pour augmenter la durée de service du joint, on leur a appliqué un traitement complémentaire chimique en les plongeant dans une solution en ellemême connue formée d'un complexe de métaux alcalins ou alcalino-terreux et de naphtalène ou d'anthracène dans un solvant éthéré anhydre ou de métaux alcalins ou alcalino-terreux dissous dans une solution non aqueuse d'amine. 2 - Eléments selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la solution est de préférence une solution 1 de soduim et 1 X de naphtalène et que le solvant est le tétrahydrofuranne. 3 - Eléments selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisés par le fait que la solution est formée de 1 % en poids de sodium dans l'ammoniac liquide.