Brevet FR2374153A1 — publié le 19780713

La présente invention concerne la production d'objets en polytétrafluoréthylène poreux. Le polytétrafluoréthylène, qui est souvent dénommé PTFE, est un polymère bien connu pour son caractère inerte et sa faculté de résister à des températures relativement élevées, par exemple à 260 C. Ainsi, le PTFE est utilisé comme milieu filtrant et du PTFE poreux est bien entendu nécessaire à cet effet. Un but de l'invention est de préparer des objets en PTFE poreux. Suivant l'invention, un objet ou article en PTFE poreux est produit en plaçant une forme ou charge de PTFE à l'état de particules dans un moule, avec une densité de remplissage telle que le contenu ne soit pas autoporteur, en frittant le PTFE alors qu'il est encore supporté dans le moule, pendant un laps de temps et à une température suffisants pour que les particules adhèrent les unes aux autres. Le frittage est effectué de préférence en plaçant le moule contenant le PTFE dans un four qui est maintenu à une température comprise entre le point de prise en gel du PTFE et 475 C, et de préférence entre 3600C et 400 C. On laisse le moule dans le four assez longtemps pour que toutes les parties du PTFE contenu dans le moule atteignent ou dépassent la température de prise en gel. Ce laps de temps dépend évidemment de la taille du moule, étant donné que de petits moules vont atteindre l'équilibre thermique plus rapidement que des moules de plus grandes dimensions. Pour des moules ayant une dimension inférieure à 25 mm, une durée de 1 à 2 heures est habituellement suffisante. Après frittage, on refroidit de préférence le moule à la température ambiante. On comprendra que ce cycle préféré de chauffage et de refroidissement fournit une élévation de température relativement rapide et une chute de température elle-même relativement rapide.Il semble que ces variations relativement rapides de la température fournissent un objet moulé ayant un degré un peu plus élevé de porosité que cela n'est le cas lorsqu'on utilise des variations progressives (de façon classique) de la température. Le PTFE à l'état de particules utilisé pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus est le plus judicieusement pré-fritté. Une forme de PTFE est produite par polymérisation en présence d'eau et en l'absence d'agent émulsionnant. Le processus de polymérisation fournit du PTFE granuleux dans la phase aqueuse. La phase aqueuse est séparée de la phase solide et le PTFE est broyé, fritté, puis broyé à nouveau après frittage. Le PTFE produit par ce procédé est aisément disponible et peut être fourni par la plupart des producteurs de PTFE. Il est connu sous la dénomination de PTFE "pré-fritté".Le point de prise en gel du PTFE pré-fritté est habituellement d'environ 327 C. Le PTFE peut également contenir des additifs classiques, tels que des pigments et des charges, par exemple jusqu'à 50 % en volume et de préférence de 5 à 30 % en volume des charges classiques. Les charges communément utilisées comprennent les métaux à l'état de poudre, le verre, le carbone et les lubrifiants solides comme le bisulfure de molybdène ou le graphite. Les objets poreux obtenus par le procédé décrit ci-dessus font également partie de l'invention. Les objets ou articles poreux décrits ci-dessus peuvent être convertis en d'autres objets, par exemple en ruban, en utilisant des techniques bien connues dans le cas du PTFE non poreux. Par exemple, un ruban de PTFE non poreux connu sous la dénomination de "ruban déroulé ou refendu" est obtenu par tournage d'un cylindre de PTFE sur un tour. Cette invention concerne un procédé de production de ruban poreux à partir d'un cylindre de PTFE poreux produit comme décrit ci-dessus, par tournage du cylindre sur un tour et découpage en spirale vers l'axe de rotation pour produire le ruban poreux. Un ruban poreux produit par ce procédé fait également partie de l'invention. L'invention concerne encore un procédé de moulage d'objets ou d'articles à partir de PTFE, ces objets présentant au moins une partie poreuse en surface, ce procédé consistant à remplir un moule avec du PTFE à l'état de particules, à presser le contenu du moule pour obtenir une préforme autoporteuse et à fritter la préforme, et étant caractérisé en ce qu'on introduit également dans le moule un noyau cohérent en PTFE poreux produit comme décrit précédemment et de préférence un ruban déroulé ou refendu, ce noyau étant en contact avec une partie au moins de la surface intérieure du moule, de sorte que ledit noyau est incorporé à l'objet fini en formant une partie de sa surface, cette partie étant poreuse. Outre les-propriétés mentionnées précédemment, le PTFE est bien connu pour ses propriétés non collantes. Dans de nombreuses applications, il est utilisé pour tirer parti de ces propriétés, par exemple dans le cas des ustensiles de cuisine ou de cuisson. Dans de nombreuses autres applications, il est désirable de faire adhérer un élément en PTFE sur un autre élément, et ceci est rendu difficile par les propriétés non collantes précitées. -Le PTFE poreux suivant l'invention est utile afin d'améliorer la résistance des assemblages dans lesquels l'un au moins des éléments assemblés est en PTFE. L'invention concerne également un objet ou article composite comprenant un premier élément dont une partie de la surface est en PTFE poreux, ce premier élément étant produit par un procédé tel que défini ci-dessus, et un second élément dont la surface est en contact avec une partie au moins de la surface poreuse du premier élément, la liaison entre les deux éléments étant fournie par la couche poreuse du premier élément, cette couche contenant un adhésif qui est fixé sur la surface du second élément. L'objet composite décrit ci-dessus est judicieusement produit par réunion ou assemblage par collage d'une partie de la surface d'un premier élément en PTFE sur une surface conformable ou adaptable et acceptant un adhésif d'un second élément, au moins la partie de la surface du premier élément qui doit être collée étant poreuse, le procédé consistant à appliquer la surface poreuse du premier élément contre cette surface conformable ou adaptable du second élément, une couche intermédiaire d'adhésif étant disposée entre les deux. De préférence, l'adhésif est appliqué sur la surface poreuse du premier élément. Le procédé décrit permet d'obtenir une résistance d'assemblage normale pour un adhésif malgré les propriétés non collantes du PTFE. Ce procédé convient particulièrement bien à une utilisation avec des adhésifs fournissant une résistance d'assemblage élevée, par exemple avec les adhésifs durcissant à chaud et à froid tels que les adhésifs du type époxy. Le procédé peut être utilisé pour réunir des éléments en PTFE avec des éléments en d'autres matériaux, mais il peut également être utilisé pour réunir deux éléments en PTFE à condition que tous deux présentent des surfaces poreuses dans la zone dans laquelle l'assemblage doit être réalisé. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La Fig. 1 est une vue en coupe schématique à travers un moule illustrant la préparation de PTFE poreux suivant l'invention. La Fig. 2 montre la préparation d'un ruban poreux par déroulage ou refendage d'un cylindre de PTFE poreux produit suivant l'invention. La Fig. 3 est une vue en coupe schématique à travers un moule montrant l'utilisation d'un noyau poreux suivant l'invention. La Fig. 4 est une vue en coupe à travers un objet composite comprenant un élément produit comme décrit en regard de la Fig. 3. La préparation du PTFE poreux suivant l'invention est illustrée par la Fig. 1. Cette préparation est effectuée à l'intérieur d'un moule muni d'une paroi tubulaire d'un diamètre intérieur de 75 mm, fermé au moyen d'un plateau terminal 11. Le moule est équipé d'un noyau central 12 d'un diamètre de 30 mm et l'espace annulaire ménagé entre la paroi 10 et le noyau 12 est rempli de PTFE pré-fritté 13, jusqu'à une hauteur de 200 mm. Le moule est fermé par un couvercle 14 qui pèse 600 grammes. Le PTFE qui se trouve à l'intérieur du moule ne subit aucune pression (sauf celle résultant du couvercle) et il se trouve à un état de libre écoulement, de sorte qu'il est nécessaire de le maintenir à l'intérieur du moule pendant le frittage.Le frittage est effectué en plaçant le moule avec son contenu dans un four maintenu à 38O0C. Après 3 heures, on enlève le moule du four et on le laisse refroidir jusqu'à la température ambiante. Le contenu est ensuite prélevé au moule, ce qui fournit un cylindre en PTFE poreux. Celui-ci est déroulé ou refendu pour fournir un ruban poreux comme montré sur la Fig. 2. Le creux qui s'étend à travers le centre du cylindre 20 est adapté d'une façon non rotative sur un mandrin 21 d'un tour et le cylindre est entraîné en rotation contre un outil de coupe 22 qui est avancé vers le centre pendant la rotation du cylindre. Ainsi, le cylindre est découpé en spirale vers l'axe de rotation pour produire un ruban poreux 23. Un cercle est découpé dans ce ruban poreux et ce cercle est utilisé pour réaliser un moulage comme visible sur la Fig. 3. On effectue le moulage en utilisant un moule comprenant une paroi cylindrique 30 munie d'un plateau terminal 31. Le cercle découpé à partir du ruban poreux est placé sur ce plateau 31 pour former un noyau 32 et ce noyau est recouvert d'une couche de poudre de PTFE 33. La couche a une épaisseur de 45 mm. On place un plateau de pressage 34 en contact avec la couche 33 et on 2 exerce une pression de 140 kg/cm , ce qui donne un disque de 10 mm d'épaisseur, le noyau poreux 32 étant fixé fermement sur sa surface. On enlève le disque du moule et on le place dans un four où il est soumis à un cycle de frittage classique.Au cours de ce cycle, sa température est élevée de 200C jusqu'à 3800C en un laps de temps de 3 heures, puis elle est maintenue à 3800C perr dant 1 heure et le disque est refroidi à 200C à raison de 300C par heure. On applique un adhésif de type époxy sur la surface poreuse du moulage fritté décrit dans le paragraphe précédent. On place alors la surface recouverte d'adhésif en contact avec une plaque métallique. En suivant les instructions habituelles pour l'utilisation de l'adhésif, le constituant formé par le PTFE est finalement fixé fermement sur la pièce métallique. L'objet composite qui est visible sur la Fig. 4 comprend une plaque en métal 45 réunie avec une plaque 43 en PTFE moulé. L'assemblage est réalisé par une couche poreuse 42 de l'élément en PTFE et cette couche poreuse renferme de l'adhésif qui est réuni fermement à une surface métallique. Le cylindre poreux dont la préparation a été décrite en regard de la Fig. 1 et le ruban poreux dont la préparation a été décrite en regard de la Fig. 2 conviennent tous deux en vue d'une utilisation comme milieu filtrant. Un fluide lubrifiant pourrait être absorbé dans la surface poreuse du disque dont la préparation a été décrite en regard de la Fig. 3, et ce tampon conviendrait alors à une utilisation dans des paliers. La différence entre le moulage décrit en regard de la Fig. 1 et celui décrit en regard de la Fig. 3 sera indiquée ciaprès. Dans la Fig. 3, le PTFE à l'état de particules a été pressé avant frittage selon des techniques bien connues pour l'utilisation du PTFE. Le résultat de la pression avant frittage correspond à l'obtention d'un moulage non poreux. On notera également que le cycle de frittage comprend une élévation progressive de la température avant frittage et une chute progressive de la température après frittage. Selon le procédé décrit en regard de la Fig. 1, on n'exerce pas de pression sur le PTFE à l'état de particules avant son frittage. Il est surprenant de constater qu'il en résulte un frittage fournissant un objet cohérent suffisamment robuste pour résister à un traitement mécanique, par exemple au déroulage sur un tour, et que l'objet ou l'article présente un degré de porosité excellent favorisant les assemblages par collage et permettant son utilisation comme milieu filtrant et pour l'absorption de fluides tels que des lubrifiants liquides. On notera également que le cycle de frittage comprend une élévation rapide et une chute rapide de la température et ces variations rapides de températures fournissent une légère amélioration de porosité. Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la production d'un objet ou article en PTFE poreux, caractérisé en ce qu'on introduit une charge de PTFE à l'état de particules dans un moule, avec une densité de remplissage telle que son contenu ne soit pas autoporteur, on place le moule et son contenu dans un four qui est maintenu à une température comprise entre le point de prise en gel du PTFE et 475 C, et à cette température on fritte le PTFE alors qu'il est encore supporté dans le moule, pendant un laps de temps suffisant pour que les particules adhèrent entre elles. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le four est maintenu à une température comprise entre 3600 et 400 C. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on laisse le moule dans le four suffisamment longtemps pour que toutes les parties du PTFE contenues dans le moule atteignent ou dépassent leur température de prise en gel. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule a une dimension inférieure à 25 mm et en ce quton le laisse dans le four pendant un laps de temps allant de 1 à 2 heures. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque le frittage est terminé, on enlève le moule du four et on le laisse refroidir jus qu a la température ambiante. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le PTFE à l'état de particules est un PTFE pré-fritté. 7.- Procédé pour la production d'un ruban poreux, caractérisé en ce qu'on forme un cylindre poreux suivant l'une quelconque des revendications précédentes, puis on tourne le cylindre sur un tour et on le découpe en spirale vers l'axe de rotation afin de produire le ruban poreux. 8.- Procédé pour le moulage d'objets ou d'articles à partir de PTFE, ces articles comprenant au moins une partie de surface poreuse, ce procédé consistant à remplir un moule avec du PTFE à l'état de particules, à presser le contenu du moule pour obtenir une préforme autoporteuse et à fritter cette préforme, caractérisé en ce qu'on introduit dans le moule un noyau cohérent en ruban de PTFE poreux produit suivant la revendication 7, ce noyau étant en contact avec une partie au moins de la surface intérieure du moule, de sorte que le noyau est incorporé à l'ob- jet terminé pour constituer une partie de sa surface, cette partie étant poreuse.