Brevet FR2322725A1 — publié le 19770401

La résente invention concerne les procédés de mise en forme des substances qui comprennent des matières parmi lesquelles au moins une matière conductrice de l'électricité, celle-ci étant disposée dans des matières plastiques pratiquement non conductrices de l'électricité et choisies parmi les résines thermodurcissables, les résines thermoplastiques et les élastomères. Dans le cas des résines thermodurcissables, la mise en forme s'accompagne d'un durcissement ou prise. Dans les procédés classiques utilisés pour mettre en forme et durcir les résines thermodurcissables, avec ou sans matitres conductrices de ltélectricité, on effectue une mise en forme et un durcissement partiels ou complets en appliquant ex térieurement de la chaleur à la substance à traiter. On peut appliquer cette chaleur extérieure en utilisant des éléments ou plaques chauffés électriquement, à 1 vapeur, à l'essence ou au gaz et on enferme la matiere à durcir dans une presse ou moule qui est également utilisée e pour mettre en forme ou tasser la matiere aux dimensions requises. Dans certains procédés, on peut créer au moins une parmi tie de la chaleur en faisant passer la matière, en appliquant une force extérieure et à partir d'une source centrale, à travers des canaux reliés à des cavités aux dimensions définitives. Le frottement entre la matière et les parois des canaux de transfert engendre une chaleur supplémentaire, ce qui accélère la réaction de durcissement. Ces procédés ne sont en général pas entierement satisfaisants. En effet, un chauffage uniforme de la substance statère difficile étant donné que les résines manifestent des propriétés de conduction de la chaleur médiocres. Contrairement aux procédés considérés ci-dessus, dans lesquels on applique de la chaleur extérieurement, la présente invention a pour but de permettre la création de chaleur à l'intérieur meme de la matière elle-même à l'aide d'un procédé qui assure un chauffage uniforme. A cet effet, elle a pour objet un procédé de mise en forme d'une substance qui comprend des matieres parmi lesquelles au moins une matiere conductrice de l'électricité, celle-ci étant dispersée e dans une matiere plastique pratiquement non conductrice de ltélectrieité et choisie parmi les résines thermodurcissables, les résines thermoplsstiques et les élastoméres, ce procédé étant caractérisé en ce qutil consiste (a) d introduire la substance dans un moule ou dispositif de mise en forme analogue et (b) è faire passer un courant électrique-å travers cette substance A l'intéri- eur de ce dispositif de maniere à produire un chauffage par effet Joule et une mise en forme de la substance. On remarquera que le courant électrique peut être un courant continu ou alternatif et peut entre direct ou induit. le passage d'un courant électrique à travers la substance provoque un chauffage par effet Joule qui permet la réali satin de la mise en forme (et dans certains cas du durcissement). Ce chauffage par effet Joule provoque une élévation de la température de la substance d'une manière uniforme à travers toute celle-ci, a la différence des procédés classiques où cette uniformité se trouve réduite du fait de la conductivité thermique. A l'échelle microscopique, les points de création de la chaleur à l'intérieur de la matière sont situés aux endroits les plus avantageux, à savoir aux interfaces entre les matières conductrice et non conductrice. Bu fait de ce chauffage uniforme à travers toute la matière, ce procédé permet une réduction du cycle total à un polnt tel qu'il est possible, pendant un bref instant, d'obtenir des températures plus élevées que celles que iton peut appliquer dans les procédés classiques qui dépendent de la con ductibilité thermique. -Ceci permet d'obtenir un degré élevé de durcissement sans atteindre une durée au bout de laquelle aurait lieu une décomposition excessive et un effet nuisible sur les propriétés finales.Un autre également important réside dans le fait que, dans certains cas, on peut se passer d'un post-durcissement, qui est une opération plus ou moins obligatoire avec certains produits dans les procédés de la technique antérieure. De manière avantageuse, la substance à mettre en forme est enfermée et éventuellement comprimée dans la cavité d'un moule réalisé en une matière ou des matières d'isolation électrique. Ce moule peut être chauffé ou refroidi en fonction de la nature de chaque substance et de l'usage auquel elle est destinée. De préférence, on peut appliquer le courant à la substance au moyen d'électrodes. Ces dernières sont de préférence placées de manière à donner un chauffage uniforme à travers la substance. On peut toutefois raccorder une ou plusieurs paires quelconques à différentes sources de courant présentant diverses valeurs de tension et d'intensité, ces valeurs et le circuit pra- tique de montage étant particuliers pour chaque forme et/ou chaque composition et en fonction des propriétés requises pour le oro- duit final. La forme pratique des électrodes n1 est pas essentielle pour l'invention, mais est déterminée par la forme du produit final. Ces électrodes peuvent être constituées par deux plaques conductrices de l'électricité placées de part et d'autre de la substance. Elles peuvent également être constituées de segments élémentaires disposés autour de la substance à durcir. La tension ou l'intensité réèlle requise pour chauffer et durcir la substance sera naturellement déterminée par la rb- sistance de cette substance elle-meme et les propriétés requises pour l'usage envisagé. En fonction de ces propriétés finales requises, et afin de favoriser l'obtention d'un produit sain, on peut appliquer le courant d'une manière continue ou discontinue. C'est ainsi qu'on peut faire varier ce courant ou l'envoyer par impulsions pendant le cycle de durcissement, avec par exemple un intervalle de quelques amperes à 500 ampères. On peut avantageusement contrôler le procédé en appliquant une énergie réglée à une valeur exprimée en watt-secondes, ce qui rend ce procédé indépendant des variations de résistance qui surviennent d'une pièce à l'autre, ou pendant le cycle de durcissement lui-meme. Pour certaines substances ou certains produits, il est avantageux de régler la température des électrodes conductrices à l'intérieur d'un domaine déterminé. Ce domaine de température sera particulier à chaque substance ou chaque composition. Il s'avère toutefois qutun domaine particulierement satisfaissnt va de OOC à 5()00C. Ce chauffage des électrodes facilite l'écoule- ment de la matière dans les cavités, favorise une adhérence effi cace dans le cas de Droduits dans lesquels la substance doit être collée sur un support métallique à l'aide d'un adhésif appliqué au préalable, reduit au minimum la condensation d'humidité et favorise également une séparation propre entre la substance et les électrodes. La nécessité d'appliquer une pression dépendra de la substance elle-meme et de la forme et de l'utilisation du produit fini. La pression ainsi appliquée à la substance peut varier d' une valeur nulle A plusieurs tonnes par centimètre carré. les substances mises en forme et durcies parle Procédé de l'invention offrent une grande variété d'utilisations. C'est ainsi qu'on peut les utiliser dans Ja fr;.brication de pièces de friction destinées astre utilisées dens les freins, les embrayages et les organes analogues, et qu'on neut égarement les utiliser dans la fs.brication de pièces anti-friction destinées à servir-dans les paliers solides et les glissières de machines, ou d'objets thermodurcissables moulés tels que des manches de couteaux, des engrenages en matière plastique et des canches d'instruments de minage. La fabrication des pieces de friction présente toutefois un intéret particulier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels la Fig. 1 représente une vue en élévation latérale et en coupe d'une partie d'un appareil utilisé pour metttre en oeuvre le procédé de l'invention dans le cas de la fabrication d'une garniture de frein à disque pour automobile comprenant une matire de friction liée à une plaquette de support métallique à la fois à l'aide d'un adhésif et mécaniquement la Fig. 2 représente une vue en élévation latérale et en coupe de l'ensemble de l'appareil de la Fig. 1. Comme le montre cette Fig. i, la substance 1 comprenant la matière de friction est introduite, par exemple sous forme de poudre sèche, dans la cavité d'un moule 2, la quantité de substance étant soumise à un contrôle volumétrique ou par pesée. Ce moule 2 est réalisé en une matière non conductrice de ltélectri- cité.Une électrode supérieure 3, qui est chauffée et présente la forme d'une plaque, se trouve au contact d'une plaquette métallique de support 4 revêtue au préalable d'un adhésif 5 et à laquelle la substance doit être fixée. Une électrode inférieure 6 présentant la forme d'un piston ou poinçon est disposée de ma nièce à pouvoir se déplacer d'un mouvement alternatif dans le moule afin de comprimer la substance. le fonctionnement consiste à remplir le moule, à fermer celui-ci à l'aide du poinçon, puis à faire passer un courant électrique entre les électrodes de ma nièce à comprimer et durcir simultanément la substance sous la forme désirée, et également à la fixer sur la plaquette de support. Comme le montre la Fig. 2, l'ensemble moule-électrode poinçon de la Fig. 1 est monté sur un bâti de support d'outillage 7 qui permet de comprimer la substance entre le poinçon 6 et la plaque supérieure 3, qui constituent également les deux électrodes pour le passage du courant à travers la substance 1. D'autres plaquettes métalliques de supprrt 4' sont contenues dans un magasin 8 et amenées en position à l'aide d'un vérin 9. La plaque su périeure 3 est mobile de manière à fermer la cavité du moule et à permettre une éjection du moulage fini, et elle est actionnée à l'aide d'un vérin 10 qui est verrouillé en position par un coin Il et un vérin 12.Ce vérin 1 exerce une pression relativement faible de manière a ne pas reporter l'effort princiol de pression sur le bPA,t 7, et ce n'est que lorsque le moulage a lieu et après le verrouillr-ge du coin 11 qu'un effort notable est supporté par ce bâti. A aucun moment toutefois celui-ci ne supporte un effort important. La substance est contenue dans une trémie de stockage 13, puis introduite par un convoyeur à vis 14 à l'entrée d'une cavité 15 de tassement ou compactage prévue dans le moule 2. Cette cavité 15 est fermée par la paroi latérale 16 du poinçon 6 pendant le cycle de durcissement, et )endant ce dernier un vérin pneu ma-tique 17 est animé d'un mouvement alternatif de manière à tasser la substance dans cette cavité jusqu a ce qu'elle ait atteint un volume convenable et préfixé correspondant au moulage suivant. la course vers l'avant du vérin 17, qui est limitée par la substance contenue dans la cavité 15, actionne un interrupteur de fin de course par l'intermédiaire d'un relais temporisé, afin d'indiquer qu'un volume suffisant a été obtenu.Une pince 20 saisit la tige 19 du vérin 17 et un vérin hydraulique 18 est actionné pour déplacer cette tige 19 vers l'avant sur une distanee fixe déterminée par des interrupteurs de fin de course disposés sur ce vérin 18. Il en résulte un transfert dans la cavité du moule d'un volume mesuré de substance compactée, t la suite de quoi un vérin 22 déplace le poinçon 6 vers le haut de manière à comprimer la substance à mouler contre la plaquette de support 4 située sous la plaque 3. Celle-ci peut être chauffée de manière que la plaquette 4 soit amenée à une température suffisante pour permettre une meilleure adhérence de la substance moulée 1 grace Èt à adhésif 5. Pendant la compression, on fait passer un courant électrique entre le poinçon 6 et la plaque 3, en utilisant par exemple un courant continu avec une valeur d'intensité réglée et une émission d'im pulsions fonctions des conditions requises pour le durcissement et des propriété de la substance a mouler. P la fin du cycle de durcissement par chauffage, la plaque supérieure 3 s'ouvre après un retrait d-u coin 11 par le vérin 12, et le poinçon 6 la suit de manière d éjecter le moulage fini au dessus de le surface du moule 2. Le vérin 9 se trouve encore dans la position avant qu'il occupait après le chargement de la plaquette 4 utilisée dans ce cycle de durcissement et les doigts de transfert fixés a' son poussoir se trouvent toujours au contact de la plaquette de support. Le vérin 9 se déplace alors vers l'arriere, en saisissant le moulage fini qui est évacué par une goulotte 23 adjacente au moule, la sortie s'effectuant par une trappe 24 qui est ouverte par un vérin 25. Eendant quta lieu la phase de compression du cycle de moulage, la charge8uivante de matière se trouve compactée par le vérin 17 comme décrit plus haut et, après l'éjection du moulage fini, le cycle se répète avec le chargement d'une autre plaquette de support, la fermeture de la plaque supérieure 3 et à nouveau le transfert de la charge compactée suivante dans la cavité du moule. On peut utiliser le même mode opératoire général pour d'autres types d'éléments de frein dans lesquels la matière de friction est également collée à une plaquette métallique de support. De même, on peut durcir d'une manière analogue des matières anti-friction destinées à des applications de glissement et de résistance à l'usuré et on peut, si on le désire, les coller simultanément à des plaquettes de support. L'utilisation d'une plaquette de support en acier pour conduire le courant provenant de l'une des électrodes n'est évidemment pas essentielle au procédé. On peut par exemple réaliser des segments pour freins à tambour entre deux ou plus de deux électrodes, la matière de friction étant entièrement séparable de ces électrodes une fois le cycle achevé. Un exemple d'une substance utilisée pour un élément de friction est donné ci-dessous En poids Amiante o-- 60 % Résine (thermodurcissable) O - 60 % Poudre ou fibres de cuivre O - 75 * Poudre ou fibres de fer O - 75 % Poudre ou fibres de zinc O - 75 Y > Graphite O - 50 % Noir de charbon O - 50 % Barytes 0 - 80 % Calcite 0 - 50 % La substance peut également contenir des agents d'élimination d'humidité et de gaz et d'autres modificateurs de friction couramment utilisés tels que la poudre de silice et la poudre de zircon. Une substance plus particulière, convenant aux utilisations en tant qu'élément de friction, présente la composition suivante En poids Amiante 6D 16.1 Poudre de fer 29.) ss Poudre de cuivre 14.8 ($ Barytes 6.0 ;;-d0 Résine phénolique 12.1 ss Poudre de zircon 6.0 % Graphite ~5.6 j 100.0 % Conme indiqué plus haut, on peut également appliquer l'invention à des substances de moulage thermodurcissables, un exemple de composition d'une telle substance étant le suivant En poids Résine thermodurcissable 5 - 80 % Noir de charbon (conducteur) 5 - 80 zozo Coton ou fibres d'amiante O - 50 % On peut également inclure d'autres matières modifica triees couramment utilisées, telles que par exemple le kaolin, la farine de bois ou la poudre de coquille de noix. On peut aussi appliquer le procédé à des substances élastomères telles que des produits caoutchouteux qui sont modifiés de manière à présenter une conductibilité suffisante pour permettre un chauffage par effet Joule. les caoutchoucs ne sont pas d'eux-même suffisamment conducteurs, mais on peut ajouter à la substance une matière conductrice. Un exemple de substance de ce type présente la composition suivante En poids Elastomère 10 - 90 % Noir de charbon (conducteur) O - 70 % Oxyde de zinc O - 20 % Antioxydant o - 5 % Agents de réticulation o - 5 % Accélérateurs divers o - 5 % i?EVENTICAT IONS 1 - Procédé de mise en forme d'une substance qui comprend au moins une matière conductrice de l'électricité, celle-ci étant dispersée dans une matière plastique pratiquement non conductrice de 11 électricité et choisie parmi les résines thermodurcissables, les résines thermoplastiques et les élastomères, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste (a) à introduire la substance dans un moule ou dispositif de mise en forme analogue et (b) à faire passer un courant électrique à travers cette substance à l'intérieur de ce dispositif de manière à produire un chauffage par effet Joule et une mise en forme de la substance. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière non conductrice est thermodurcissable et en ce que l'on procède également au durcissement de la substance. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on applique le courant~électrique à l'aide d'électrodes. 4 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu deux électrodes, l'une disposée d'un coté de la substance et l'autre de l'autre. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'on utilise un moule et en ce qu'au moins l'une des électrodes présente une surface qui constitue une surface intérieure du moule lorsque celui-ci est fermé. 6 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que chaque électrode présente une telle surface. 7 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'au moins l'une des électrodes est mobile entre des positions d'ouverture et de fermeture du moule. 8 - Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qutil est prévu deux électrodes, l'une présentant la forme d' une plaque qui sert à obturer une extrémité du moule et l'autre la forme d'un piston ou élément analogue animé d'un mouvement alternatif et qui est mobile à l'intérieur du moule et sert à obturer 11 autre extrémité de celui-ci. 9 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on fait passer le courant électrique de manière discontinue à travers la substance. 10 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on fait varier le courant électrique ou en ce qu'on l'envoie par impulsions. 11 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce qu'on règle la température des électrodes A l'intérieur d'un intervalle de 0C å 500C. 12 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que dans le dispositif de mise en forme on soumet la substance ss une pression pouvant atteindre plusieurs tonnes par centimètre carré. 13 - Procédé de mise en forme et de durcissement d'une substance de friction destinée à être utilisée dans les freins, embrayages et organes analogues, cette substance comprenant une résine thermodurcissable pratiquement non conductrice de l'électri cité dans laquelle est dispersée au moins une matière conductrice de l'électricité et à laquelle doit être liée une plaquette de support, caractérisé en ce qu'il consiste (a) à introduire la résine et la ou les matières dispersées à l'intérieur d'un moule, (b) à placer la plaquette de support sur les matières ainsi introduites, (c) à fermer le moule et (d) à faire passer un courant électrique à travers ia substance de friction de manière à provoquer un chauffage par effet Joule, une mise en forme et un durcissement de cette substance. 14 - Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'on applique un adhésif sur la plaquette de support, qui présente une ouverture, la liaison s' effectuant ainsi à la fois au moyen de l'adhésif et mécaniquement. 15 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que la plaquette de support est réalisée en un métal convenable. 16 - Appareil permettant la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mise en forme et, associées à celui-ci, plusieurs électrodes espacées qui permettent de chauffer par effet Joule le- contenu de ce dispositif. 17 - Appareil suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu'au moins l'une des électrodes constitue une partie du dispositif de mise en forme. 18 - Appareil suivant la revendication 17, caractérisé en ce que chaque électrode constitue une partie du dispositif de mise en forme. 19 - Appareil suivant l'une quélconque des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que chaque électrode est mobile, au moins l'une servant à ouvrir et fermer le dispositif de mise en forme. 20 - Appareil suivant la revendication 19, dans lequel le dispositif de mise en forme présente la forme d'un moule, caractérisé en ce qu'il est prévu deux électrodes, l'une présentant la forme d'une plaque qui sert à fermer l'une des extrémités du moule et l'autre la forme d'un piston ou élément analogue animé d'un mouvement alternatif et qui est mobile à l'intérieur de ce moule et sert à en obturer 11 autre extrémité.