Brevet FR2369919A1 — publié le 19780602

La présente invention se rapporte à un procédé pour préparer des profilés creux microporeux, en particulier des tubes, servant à transporter et/ou distribuer des fluides en écoulement, par exemple des gaz ou des liquides, par extrusion de masses thermoplastiques fondues additionnées d'agents gonflants Ces profilés creux, qui ne sont pas nécessairement complète- ment fermés, servent principalement de matières filtrantes ou de conduits de distribution ou de collecte dans des systèmes de drainage ou d'irrigation. Pour transporter ou distribuer des grandes quantités de fluide, on utilise en général des #tuyaux ri#gides ou souples portant un grand nombre d'ouverturesminuscules. La fabrication de ces conduits est très coûteuse car les ouvertures doivent etre pratiquées par perçage ou par -poinFonnage. Lorsque les profilés sont en métal, il y a des risques de corrosion. Les tuyaux souples poreux sont dans la plupart des cas constitués de tissus plus ou moins étanches. Ils sont relativement coûteux, leur forme n'est pas stable et ils sont exposés à des risques de putréfaction. On peut préparer des profilés creux en métal fritté ; ces profilés servent plus spécialement de matières filtrantes. tirais comme la fabrication est coûteuse et les profilés lourds et sensibles à la corrosion, leur domaine d'application est limité à des cas spéciaux. Les conduits en métal fritté, par exemple, ne conviennent absolument pas pour l'utilisation généralisée dans des systèmes de distribution de gaz ou de liquide (irrigation). La demandresse a recherché un procédé permettant de préparer des profilés creux microporeux, ctest-a-dire ayant une faible perméabilité, mais qui soient résistants a la putréfaction et Légers, possèdent une stabilité #de forme suffisante et puissent etre produits industriellement à bas prix. D'autres buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description ci-après. Ces buts et avantages ont été atteints conformément à l'invention dans un procédé dans lequel a) on mélange à la masse thermoplastique fondue des agents gonflants en quantités de 1 à 5 V/v du poi#ds des matières thermoplastiques, b) on règle dans l'outil des températures de travail supérieures de# 5 à 30tC aux températures observées antérieurement dans l'extrusion de mousses à partir de la méme matière thermoplastique avec formation d'une surface lisse, et c) on extrude le profilé au travers d'une filière dont les bords sont à aretes vives. Le procédé selon l'invention permet en particulier la préparation continue de profilés de haute qualité à bon marché. Lorsqu'on respecte les conditions indiquées, on obtient une matière microporeuse qui assure une traversée relativement lente de la paroi du profilé. Il s'agit là d'une caractéristique particulièrement importante lorsqu'on veut assurer une amenée ou une distribution aussi lente que possible des fluides. Selon le choix du matériau, les profilés sont flexibles à rigides mais ils ont la stabilité de forme indispensable si l'on choisit une épaisseur de paroi suffisante. Par variation des paramètres opératoires et selon le choix des matières thermoplastiques, on peut agir sur la porosité. Naturellement, ltépaisseur de paroi constitue un autre paramètre déterminant la perméabilité. Les profilés creux peuvent etre utilisés dans les applications les plus variées chaque fois qu'il s'agit d'amener ou un liquide (par exemple de l'eau) ou un gaz (par exemple de l'air) au travers de la paroi du profilé~ creux ; ainsi par exemple on peut utiliser les profilés creux dans la préparation de filtres, de dispositifs absorbant la pression dans les techniques de séparation sur membrane, de pots de fleurs en matière thermoplastique à paroi "qui respire", de semelles de chaussures, de dispositifs d'aspiration ou de distribution de gaz, d'humidificateurs d'air, de distributeurs de parfums, de dispositifs doseurs, de cartouches contenant des substances actives à libérer lentement. Les profilés creux conviennent tout spécialement à l'utilisation en tant que conduits d'aération et plus spécialement d'irrigation libérant de l'eau sous forme de gouttes en agriculture, Ils peuvent etre utilisés comme éléments d'irrigation souterrains ou placés sur le sol. Naturellement, les matières thermoplastiques utilisées peuvent etre colorées à volonté. La surface irrégulière, ayant l'aspect d'une écorce, donne aux profilés un aspect végétal naturel. Les profilés creux ou profilés qu'on prépare conformément à l'invention sont par exemple des gouttières, des conduits, des cuvettes, des profilés enU, etc., permettant de renfermer, en partie au moins, un contenu qui, conformément à l'inveutioN, peut etre alimenté en gaz ou en liquide au travers de l'enveloppe poreuse qui ltentoure, par exemple au travers de la paroi du profilé creux ou du profilé, ou qui peut traverser en totalité ou en partie la paroi formée par le profilé ou profilé creux. De préférence, le profilé ou profilé creux est un article en forme de conduit dont la section peut être quelconque mais dans la plupart des cas est circulaire. Ainsi par exemple, le profilé creux peut également former la surface d'enveloppe ou une partie de la surface d'enveloppe d'un récipient. Le contenu du conduit ou récipient peut s'échapper au travers de la surface"~d'enveloppe ou pénétrer à l'intérieur du conduit ou du récipient au travers de la surface d'enveloppe. Un avantage particulier réside en ce que les profilés poreux obtenus conformément à l'invention, en raison de leur caractère thermoplastique, peuvent être soumis facilement à un nouveau façonnage soit immédiatement après fabrication, pour autant qu'ils soient encore chauds, soit après réchauffage, ce qui permet de leur conférer le cas échéant une forme ou un aspect enccre plus faborables. Les matières thermoplastiques utilisables sont, en dehors des caoutchoucs, du chlorure de polyvinyle souple ou des élastomères ther moplastiques, de préférence des matières thermoplastiques rigides du type à une phase ou à plusieurs phases, et également des mélanges de matières thermoplastiques, dans le but par exemple de valoriser des déchets de fabri cation. On donne ci-apres des exemples de telles matières thermoplastiques. Les températures de travail de ces matières thermoplastiques observées antérieurement pour ltextrusion de mousses sont données entre parenthèses mais ces températures dépendent dans une grande mesure des propriétés de la machine utilisée, des additifs et de leurs proportions, de sorte que, comme l'expert en la matière le sait parfaitement, il peut y avoir des écarts considérables par rapport aux températures de travail indiquées. Conviennent par exemple les homo- et copolymères à base de monomères vinyliques comme le polystyrène (température de travail environ 210 C), les copolymères acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS, environ 190du), le chlorure de polyvinyle (environ l700C), le polyéthylène (environ 170 C)) le polypropylène (environ l800C) ; des matières thermoplastiques de polyaddi tion ou de polycondensation telles que les polyamides (environ 2700C), les polyuréthannes (environ 1700C), les polyesters (environ 2600C), les poly carbonates (environ 270pu), etc. En raison des facilités d'approvision nement, et en dehors du polystyrène et des copolymères ABS, on apprécie plus spécialement en raison de la bonne rigidité et de la résistance a la putréfaction le chlorure de polvvinyle. Quelques-unes des matières thermoplastiques énumérées peuvent être travaillées à l'état de poudres comme à l'état de granulés. Les matières thermoplastiques utilisées peuvent encore contenir des matières renforçantes ou des matières de charge a l'état de poudres ou de fibres, par exemple de la farine de quartz, du noir de fumée, du kaolin, du talc, de la craie, des fibres de carbone, des fibres de verre, des billes de verre, des billes creuses, des fibres de plâtre, du titanate de potassium et des matières analogues. Naturellement, on peut aussi mélanger aux matières thermoplastiques des plastifiants et/ou des produits auxiliaires de l'opération d'extrusion, par exemple des stabilisants à la chaleur, à la lumière et aux influences climatiques, des pigments colorés et le cas échéant des parfums et des lubrifiants. Les agents gonflants qui conviennent sont les agents gonflants connus et qu'on utilise couramment selon des techniques variées pour le gonflement en mousse des matières thermoplastiques ; il s'agit donc par exemple de gaz incorporés, par exemple de N2, C02 ; de liquides volatils tels que des hydrocarbures halogénés comme les produits du commerce "Frigens", ou d'hydrocarbures comme le pentane et llhexane. Toutefois, on a obtenu des résultats particulièrement favorables avec des agents gonflants qu'on ajoute 8 la matière à extruder à l'état pulvérulent et qui libèrent un gaz par des réactions de décomposition à chaud. Parmi ces agents gonflants, on citera l'azodicarboxamide pur ou en mélange avec des additifs variés tels que d;s activateurs, des régulateurs de structure cellulaire ou des additifs analogues. On citera également des agents gonflants à basé de bicarbonate de sodium, de disul fohydrazîdes ou de dérivés de benzoxazine et leurs mélanges avec l'azodicarhoxamide. Alors que dans l'extrusionde mousses les températures de la masse doivent se situer dans l'intervalle optimal pour la matière thermoplastique utilisée, il faut, pour parvenir aux effets recherchés dans l'invention, accroître la température de l'outil De meme, il faut assurer une température constante dans l'outil car un écart de + 3 C amoindrirait déjà la qualité des produits extrudés. En outre, et contrairement à ce qui est pratiqué dans l'extrusion habituelle des mousses, les bords de la filière ne doivent pas etre arrondis mais à aretes vives. De surcroît, le dosage de l'agent gonflant a une importance déterminante. Il se situe d un niveau de 50 à 100 % au-dessus de la quantité utilisée antérieurement dans l'extrusion. de mousses et dépend du rendement en gaz de l'agent gonflant mis en oeuvre. Par rapport aux matières thermoplastiques mises en oeuvre, les quantités d'agents gonflants se situent entre l et 5 % en poids. Naturellement, le profil de température réglé à l'extrusion dépend de la matière thermoplastique miseen oeuvre. I1 y a forcément de légères variations de température à l'utilisation de machines différentes comportant des différences dans la construction des vis et de l'outil. De toute manière, les températures doivent se situer dans ltoutil à un niveau supérieur d'environ 5 à 300C aux températures d'extrusion de mousses auxquelles on réglerait pour parvenir à la surface lisse. En principe, 11 agent gonflant peut être introduit par des techniques variées, par exemple par application sur les granulés de matière plastique à l'aide d'un mélangeur lent ou par introduction et mélange dans la poudre de matière plastique. Ce mélange peut etre effectué dans un appareil séparé avant l'extrusion ou directement dans la trémie d'alimentation de l'extrudeuse à l'aide d'appareils doseurs automatiques. On a constaté que le chlorure de polyvinyle, les copolymères ABS et les copolymères du styrène convenaient tout particulièrement à l'obtenus tion d'une surface poreuse. Les exemples qui suivent illustrent l'invention en référence particulière à la préparation de conduits poreux, sans nullement limiter le cadre de l'invention ; dans ces exemples, les indications de parties et de % s'entendent en poids sauf mention contraire. Exemple l On part d'un chlorure de polyvinyle préparé en suspension, valeur Environ 60. Pour améliorer le comportement à l'écoulement dans les vis, on ajoute un copolymère ABS pulvérulent. En outre, le mélange contient les constituants ci-après 85 parties de chlorure de polyvinyle préparé en suspension, valeur K 60 environ 15 parties# de copolymère ABS en poudre 6 parties de carbonate de calcium (matière de charge et régulateur de structure cellulaire) 2,6 parties de sulfate de plomb tribasique (stabilisant) 1,5 partie de stéarate de plomb (stabilisant) 0,75 partie d'ester montanique (lubrifiant) 0 > 75 partie de cire de polyéthylène (lubrifiant) 1 partie de pigment Type A Les constituants sont mis à l'état de mélange sec dans un mélangeur rapide (mélangeur combiné chaud-froid, type TSEH/KMSO de la firme Papenmeier) à des températures de mélange allant jusqu'd 1200C ;; le mélange sec est ensuite mis à l'état de granulés à une température d'environ 1400C sur une machine Bitruder Type BT 30 de la firme Schloemann. L'agent gonflant uti-lisé à la proportion de 2 7 est un dérivé de benzoxazine modifié qu'on applique sur les granulés en 5 mn au tambour mélangeur. L'extrusion est effectuée sur une extrudeuse à une vis type S30RG de la firme Reifenhäuser, dans les conditions ci-après Diamètre de la vis 30,0 mm Longueur de la vis 1S diamètres Compression dans la vis 1 : 2,5 Diamètre de filière de l'outil pour conduit : 13,8 mm- Diamètre de mandrin de l'outil pour conduit : 7g0 mm Températures (de l'alimentation à la filière) : 160, 210, 170~, 155, 1550C Vitesse : 18 tours/mn à une consommation de courant de 2,5 A Il faut porter la plus grande attention à un réglage exact de la température dans l'outil car de faibles écarts de température vers le haut ou vers le bas ne permettent plus de parvenir à l'effet de porosité recherché dans la surfa#ce. zype ss On utilise le même mélange que ci-dessus, mais après préparation du mélange à sec on ajoute l'agent gonflant au mélange pulvérulent et on extrude ensuite directement la poudre en profilé sur une extrudeuse appropriée au travail des poudres. Ici encore, il faut veiller au réglage de température dans la filière L'extrusion est effectuée sur une extrudeuse à une vis, type HPE 45-24 de la firme Henschel, dans les conditions ci-après Diamètre de vis : 45 mm Longueur de la vis : 24 diamètres Compression dans la vis : 1 : 3 Outil : barreau rond (diamètre : 12 mm) Températures (de l'alimentation à la filière) 160, 210, 165, 158 C Vitesse : 15 toursjmn à une consommation de courant de 6 A. Aussi bien pour le type A que pour le type B, après sortie de la filière, le conduit en mousse à paroi et surface poreuses n'est pas calibré comme dans 1textrusion habituelle des mousses mais simplement évacué à l'aide d'un échappement au-travers d'une cuvette de refroidissement car un calibrage provoquerait un lissage partiel de la surface de la matière encore plastique. Après passage sur le trajet de refroidissement et l'échap- pement, le bondon d'extrusion est découpe à la longueur voulue. Exemple 2 Dans cet exemple, on part d'un copolymère ABS à l'état de granulés. Comme agent gonflant, on utilise, également en proportion de 2 2, un dérivé modifié de benzoxazine qu'on applique sur les granulés au tambour. L'extrusion est effectuée sur ltextrudeuse à une vis Reifenhäuser déjà utilisée dans l'exemple 1 A. On se contente de régler le programme de température pour la matière thermoplastique particulière Températures (de l'alimentation à la filière) : 165, 215, 170, 165, l650C Vitesse : 30 tours/mn pour une consommation de courant de 2,5 A. Les autres appareils sont les memes que dans l'exemple 1, A et B. On obtient le profilé creux poreux type C. Les conduits obtenus dans les exemples précédents, à une longueur de 10 m; sont reliés a une conduite d'eau. On applique la pression de la conduite d'eau sur les conduits poreux. On constate régulièrement, sur toute la longueur du conduit et autour de la surface d'enveloppe, une formation en premier lieu de gouttelettes d'eau qui ruissellent ensuite et humidifient le sol sur lequel le conduit repose. Cet effet peut Gre constaté à des pressions d'eau allant de moins de 1,1 et jusqu'à plus de 7 bars. La quantité d'eau libérée sous une pression de 1 bar par le conduit de 10 m de longueur est de environ 12 I/h pour le conduit type A environ 18 1/h pour le conduit type B environ 25 l/h pour le conduit type C. Ces conduits conviennent à l'utilisation pour l'irrigation sous terre ou sur terre. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de profilés creux microporeux, en particulier de conduits, pour le transport et la distribution de fluides tels que des gaz ou des liquides, par extrusion de masses thermoplastiques fondues additionneés-d'agents gonflants, le procédé se caractérisant en ce que a) on mélange à la masse fondue de matières thermoplastiques des agents gonflants en quantités de 1 a 5 % du poids des matières thermoplastiques, b) on règle dans l'outil des températures de travail supérieures de 5 à 300C aux températures observées antérieurement dans l'extrusion de mousses à partir de la meme matière thermoplastique avec formation d'une surface lisse, c) on extrude le profilé au travers d'une filière à bords à arêtes vives. 2. Conduits poreux d'aération ou d'irrigation, préparés par le procédé selon la revenctication 1.