Brevet FR2413097A1 — publié le 19790727

La présente invention est de façon générale relative à des balles de jeu pressurisées, et elle concerne plus particulièrement une balle de tennis perfectionnée ayant une paroi élastomère perméable à l'air et délimitant une cavité pressurisée par un fluide, ou l'analogue. L'invention s'applique particulièrement dans le cas d'une balle de tennis et elle sera ici décrite comme telle. Les cavités d'objets en caoutchouc tels que des balles de tennis sont, de façon classique, gonflées à l'air celui-ci est prélevé, par exemple, sur une canalisation normale d'air comprimé de l'usine, mais l'on utilise également d'autres substances de gonflage telles que l'azote, l'ammoniac, etc.. Cependant, l'air est de loin la substance la plus utilisée, car il est facile à utiliser pour le gonflage, son coût est négligeable et il est constamment disponible.Bien qu'une balle de tennis gonflée à l'air ait initialement des caractérisques de jeu satisfaisantes, elle ne peut conserver son rebond et ses caractéristiques de jeu à moins qu'elle ne soit conservée dans une atmosphère pressurisée lorsqu'elle n'est pas utilisée, car l'air passe à travers la paroi ou le noyau de caoutchouc de.la balle et s'échappe progressivement. Du fait de cette perte inévitable de pression interne dans les balles de jeu n'ayant pas de valve de gonflage, telles que des balles de tennis, il est actuellement nécessaire, ou tout au moins très souhaitable, d'emballer les balles de tennis gonflées à l'air dans un récipient sous pression des qu'elles sont fabriquées, car leur "vie en magasin" a l'extérieur d'un emballage sous pression est relativement courte autrement dit, la pression à l'intërieur des balles tombe en dessous de la pression.minimale nécessaire pour obtenir des performances satisfaisantes. L'utilisation de récipients pres surisés constitue une dépense additionnelle lors de la fabrication et de la vente des balles. Certaines publications antérieures traitent de la mise en pression d'objets gonflables par des gaz de poids moléculaire élevé et, parmi ces publications, on peut citer Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 047 040 décrit l'utilisation, pour gonfler des pneumatiques et des ob jets analogues afin d'assurer un-meilleur roulement au véhicule, de plusieurs gaz qui sont décrits comme des gaz ayant un "gamma faible", inférieur à environ 1,25, ce qui concerne exclusivement la compressibilité et non pas la perméabilité. Les gaz énumérés comportent l'hexafluorure de soufre (SF6), parmi plusieurs autres gaz ayant un "gamma faible". La demande de brevet de l'Union Sud Africaine N 73/8777 publiée le 18 janvier 1973 décrit l'utilisation du perfluoropropane gazeux (C3F8) et du "Fréon F-114" de Du Pont de Nemours (C12CFCF3) pour gonfler les balles de jeu et leur assurer une longue conservation de la pression. Dans le travail expérimental qui a conduit à la présente invention, on a constaté que le "Fréon F-114" ne convenait pas et que le perfluoropropane, bien que convenant mieux, est un gaz relativement rare et motteux sans demande commerciale suffisante pour que son prix et sa disponibilité dans le commerce puissent le faire considérer comme agent de gonflage.Comme on le verra plus loin, on a trouvé que l'hexafluorure de soufre (SF6) convenait notablement mieux en ce qui concerne la prolongation de la conservation de pres sionr le cott du produit et sa facilité d'acquisition. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 2 997 291 décrit un amortisseur hydraulique du type automobile, utilisant un compensateur de vAum.e hydraulique en une pellicule spéciale de basse perméabilité, telle que du nylon, qonflée avec les "Fréons" de Du Pont de Nemours comme éliminateurs de mousse.Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 2 779 066 décrit des éléments calorifuges tels que la fibre de verre, enfermés par une pellicule stratifiée imperméable aux gaz,telle que "Mylar" et "Saran", et remplis d'un gaz faiblement conducteur de la chaleur tel que le "Fréon F-12" de DuPont de Nemours. On a trouvé que ledit '|F-12" ne convenait pas pour conserver la pression dans les balles de jeu. La présente invention a pour objets - un agent de gonflage comme composant pour des objets pressurisés tels que des balles dé tennis, qui ne diffuse pas à travers la paroi de la cavité élastomère aussi facilement que l'air - un objet manufacturé pressurisé, tel qu'une balle de tennis gonflée, qui conserve la pression interne nécessaire pour avoir de bonnes caractéristiques pendant une durée prolongée - un agent de gonflage pour des balles de tennis, qui permette d'emballer et de stocker les balles dans d'autres récipients que des récipients sous pression pendant des durées prolongées avant emploi. Ces objets sont atteints dans un objet manufacturé pressurisé comportant une paroi élastomère perméable à -i'air et définissant une cavité creuse contenant un gaz de gonflage compressible, le perfectionnement étant que le gaz de gonflage contient une quantité prédéterminée d'air-et une quantité prédéterminée dthexafluorure de soufre gazeux qui permet à la cavité de conserver son état pressurisé, pour une plage donnée de pressipns, pendant une durée notablement plus longue que dans le cas où le gaz de gonflage est de l'air seul. Un tel objet pressurisé peut être une balle de jeu telle qu'une balle de tennis. Si l'air est introduit dans la balle avec une pression partielle voisine de la pression atmosphérique et que le reste de la pression partielle soit assuré par l'hexafluorure de soufre, le fait que la pression soit conservée plus longtemps résulte seulement de la faible perte d'hexafluorure de soufre gazeux à la pression atmosphérique. Cependant, une balle gonflée avec de l'hexafluorure de soufre ou tout autre gaz à basse perméabilité présente une caractéristique intéressante supplémentaire. Lorsque l'air est introduit dans la balle, on peut limiter sa pression partielle à une pression inférieure à la pression atmosphérique, Dans ces conitions, la pression totale à l'intérieur de la balle tend à augmenter légèrement du fait du passage de l'air à l'intérieur de la balle en même temps que l'on constate une faible diminution de la pression totale due à la perte d'hexafluorure de soufre passant à l'extérieur de la balle. La pression initiale pour le composant air est celle qui maintiendrait la pression interne du système air/SF6 à l'intérieur de la plage acceptable pour la plus longue durée. Ce mécanisme double de la présente invention peut prolonger la durée de vie utile d'une balle gonflée encore plus longtemps. En outre, la valeur de l'augmentation de pression provenant du passage de l'air dans les objets gonflés selon la présente invention (et t de ce fait, la prolongation de la durée de vie) peut être réglée à l'intérieur de certaines limites en jouant sur les concentrations relatives d'air et de gaz à basse perméabilité utilisées pour pressuriser les objets. Tel qu'il est utilisé avec l'air dans la présente invention, l'hexafluorure de soufre est peu coûteux, aisèment disponible et présente d'excellentes qualités en ce qui concerne la perméabilité, ce qui le.rend parfaitement adapté pour maintenir dans une balle de jeune pression de jeu suffisante pendant une durée notablement plus longue que dans le cas des balles pressurisées à l'air. La présente invention s'applique à une balle de jeu ayant une paroi élastomère élastique délimitant une cavité creuse pressurisée et maintenue à l'étant pressurisé par un fluide ou gaz compressible. La présente invention s'applique particulièrement à des balles de tennis, dans lesquelles la paroi ou le noyau élastomère de la balle est en caoutchouc naturel ou en composition élastomère équivalente connue dans la technique de fabrication des balles de tennis. Une balle de tennis est constituée essentiellement par un noyau en caoutchouc creux recouvert par une étoffe, habituellement un feutre, constituée par de la laine et du nylon. La Fédération Internationale de Lawn Tennis exige que soient satisfaites les spécifications suivantes à une température de 2 et une humidité relative de 60% 1 - diamètre (calibre "entre-n'entre pas") 65,4 68,6 mm 2 - poids 56,70 - 58,47 g 3 - rebond : en tombant de 2,54 m sur du béton 1,35 - 1,47 m 4 - (a) déformation sous une charge de 8,2 kgf 5,85 - 7,35 mm (b) déformation sous une charge dé 8,2 kgf, lorsque la balle a repris sa forme après avoir été comprimée de 25,4 mm : 9 - 10,8 mm. L'essai 4 (a) mesure la caractéristique "compression" ou "dureté" de la balle et l'essai 4(b) mesure l'hyste- résis après que la balle a été comprimée de 25,4 mm. Les essais sont effectués sur une machine "Stevens" spéciale (brevet britannique.NO 230 250). Les moitiés de noyau des balles de tennis pressurisées classiques, qui sont fabriquées ensemble et gonflées pendant lueur fabrication à une pression interne d'air d'environ 117 kPa (pression relative) ou environ 220 kPa (pression absolue) ont généralement un rebond satisfaisant aussi longtemps que subsiste une pression minimale d'environ 89,7 à 103 kPa (pression relative) ou 192-206 kPa (pression absolue). On a découvert qu'en mélangeant dans des proportions appropriées de lthexafluorure de soufre (SF6) comme gaz à basse perméabilité avec de l'air, on obtenait un fluide de gonflage qui était maintenu à I'intérieur de la cavité, par les parois élastomères à des pressions acceptables pendant une durée notablement plus longue.Un tel gaz exige les caractéristiques suivantes : (1) les molécules du gaz sont suffisamment grosses et chimiquement appropriées pour empêcher leur passage à travers ces parois élastomères, soit par solubilité, soit par diffusion (2) la pression de vapeur du gaz avec une quantité appropriée d'air convient pour maintenir les pressions de fonctionnement recherchées à l'intérieur de la balle sur la plage habituelle des températures d'utilisation ; et (3) l'inflammabilité et la toxicité du gaz sont suffisamment faibles pour-qu'il n'existe pas de risques, soit pendant la fabrication, soit pendant l'utilisation. On va indiquer ci-après un exemple des essais réalisés sur des balles de tennis utilisant de l'hexafluorure de soufre gazeux (SF6). On prépare deux paires de noyaux de balles de tennis sans le revêtement de feutre ; la première paire est gonflée avec de l'air normal du laboratoire et la deuxième paire est pressurisée jusqu'à la pression finale avec de l'air à la température ambiante auquel on ajoute de l'hexafluorure de soufre gazeux. Lorsque le gonflage initial est terminé, la pression à l'intérieur des noyaux est 1o3 kPa (pression relative) ou 206 kPa (pression absolue). En partant des pressions partielles d'air et d'hexafluorure de soufre dans les balles contenant de l'hexafluorure de soufre, la concentration de ce dernier est 50,5% en volume. Les deux paramètres utilisés pour constater les variations de pression à l'intérieur des noyaux sont la déformation sous une charge de 80 N et le pourcentage de rebond sur une surface de granit. Lorsque le gaz s'échappe des balles et que la pression diminue, les déformations augmentent et les valeurs de rebond diminuent. Pour faciliter la comparaison, toutes les valeurs de déformation sont divisees par les mesures effectuées au jour zéro, c'est-à-dire les mesures normali sées. La colonne de gauche pour chaque gaz inaique le nombre de jours de vieillissement à la température ambiante et la pression perdue entre la production et les lectures de rebond et de déformation indiquées, Les résultats de déformation et de rebond sont les moyennes des essais sur deux noyaux. TABLEAU Air SF6 Jours Rebond Déformation Jours Rebond Déformation 0 1,000 1,000 0 1,000 1,000 10 0,994 1,003 8 0,985 0,988 17 0,963 1,012 15 0,984 0,964 24 0,960 1,006 22 0,984 0,955 31 0,949 1,061 29 0,978 0,994 52 0,959 1,052 50 0,982 0,973 236 0,894 1,231 234 0,980 1,067 Ces données montrent clairement que les noyaux contenant de l'hexafluorure de soufre conservent plus long temps leurs caractéristiques de rebond et de déformation, ce qui est une consequence directe d'une plus longue conserva tion du gaz. Les données sont destinées à une comparaison et sont seulement proportionnelles aux normes de la Fédération de Tennis pour des balles de tennis complètes. Du fait que la différence de pression (4P) du gaz à basse perméabilité et de l'air influence le passage des différents gaz à travers la paroi élastomère d'une balle de jeu, cette différence de pression affecte la pression continuelle et la variation de la pression à l'intérieur de la balle Si la pression partielle de l'air à l'intérieur de la balle est inférieure à la pression atmosphérique et si la pression partielle restante est celle d'un gaz à basse perméabilité comme SF6, la pression totale à l'intérieur de la balle augmente initialement jusqu'à ce que la pression partielle de l'air dans la balle soit égale à celle. de l'air à l'extérieur de la balle. Un tel accroissement de la pression provient du fait que l'air passe dans la balle à une vitesse légèrement supérieure à la vitesse à laquelle le gaz à basse perméabilité passe hors de la'balle.Lorsque la différence de pression d'air de part et d'autre de la paroi de la balle tend vers zéro, on ne constate plus de changement dans la pression de la balle du fait du lent passage de l'hexafluorure de soufre hors de laballe à travers la paroi. Par exemnle, une balle de tennis peut être gonflée avec de l'air et SF6 à une pression absolue de 206 kPa, la pression partielle absolue de l'air étant d'environ 82 kPa, et la pression partielle absolue du SF6 étant d'environ 124 kPa.De l'air additionnpasse dans la balle et le SF6 passe progressivement et plus lentement hors de la balle. La pression totale à l'intérieur de la balle augmente progressivement jus qu' une valeur de pression absolue comprise entre environ 220 kPa -et 227 kPa, jusqu'à ce que la pression de l'air s'éga- lise de part et d'autre, tandis que la pression du SF6 commence lentement à diminuer.Ensuite, la pression totale continue à diminuer lentement du fait seulement du passage très lent du SF6 à travers la paroi de la balle. La balle reste jouable (à moins que le feutre ne soit d'abord usé) jusqu'à ce que la pression totale soit tombée -à environ 192 kPa absolus,ce qui correspond à la plage de rebond correcte pour des balles de tennis classiques pressurisées à l'air seul. Comme on le voit sur le tableau ci-dessus, les balles gonflées avec le mélange air/S F6 présentent des diminu tions de pression négligeables après 234 jours (environ 9,5 mois) Il est donc concevable que les balles gonflées avec le mélange air/SF6 du tableau puissent avoir une durée de vie en magasin de plusieurs mois sans être dans un emballage pressurisé et qu'elles peuvent conserver ensuite leurs caractéristiques de jeu pendant de nombreux mois avant que la pression totale, et de ce fait le rebond de la balle, ne soit descendue en dessous de la limite inférieure autorisée. En outre, une balle fabriquée avec une pression partielle de l'air inférieure à la pression atmosphérique, comme dans l'exemple précité, conserve une pression lui permettant autre utilisée en jeu pendant encore plusieurs mois. Comme second exemple, on peut gonfler une balle de tennis à une pression relative de 103 kPa avec de l'hexafîuo- rure de soufre pur. Ensuite, l'air pénètre dans la balle jus qu1à ce que la pression partielle de l'air dans la balle soit égale à la pression atmosphérique, ce qui donne une pression de jeu excessive atteignant initialement une pression relative de 206 kPa. On n'a pas jusqu'ici fait d'essais pour déterminer si les principaux composants respectifs de l'air (oxygène (02) et azote (N2))pouvaient être utilisés à la place d'air pour obtenir une pression partielle dans une balle de jeu avec une pression partielle additionnelle appropriée de SF6. Cependant, on considère que l'on peut utiliser ces gaz et d'autres gaz ayant des vitesses de perméabilité non sup9rieures- à l'air. I1 va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'entre décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents. REVENDICATIONS 1. Balle de jeu pressurisée comportant une paroi élastomère, perméable aux gaz et délimitant une cavité creuse contenant un mélange de gaz de gonflage compressibles sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, caractérisée en ce que le mélange de gaz de gonflage comporte une quantité d'air suffisante pour procurer une pression partielle inférieure, mais non égale, à la pression atmosphérique, une quantité de gaz halogéné à basse perméabilité suffisante pour procurer une pression partielle s'ajoutant à la pression partielle de l'air pour obtenir à I'intérieur de la cavité une pression totale supérieure à la pression atmosphérique, ce gaz de gonflage permettant de conserver dans la cavité l'état pressurisé à l'intérieur d'une plage déterminée de pressions pendant une durée notablement supérieure à celle obtenue lorsque le gaz de gonflage est de l'air seul. 2. Balle selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité d'air est suffisante pour obtenir une pression partielle dans une plage supérieure à la pression at mo sphérique 3. Balle selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité d'air est suffisante pour obtenir une pression partielle inférieure à la pression atmosphérique. 4. Balle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le gaz halogéné à basse perméabilité est l'hexafluorure de soufre (SF6). 5. Balle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise seulement le composant 2 de l'air. 6. Balle selon la revendication it caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise seulement le composant N2 de l'air. 7. Balle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise un gaz ayant une vitesse de perméabilité non supérieure à celle de l'air. 8. Balle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est une balle de tennis. 9. Balle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise de l'ammoniac. 10. Balle de tennis comportant une paroi élastomère perméable aux gaz et délimitant une cavité creuse contenant un mélange de gaz de gonflage compressible sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, caractérisée en ce que le mélange de gaz de gonflage contient une quantité d'air suffisante pour procurer une pression partielle inférieure, mais non égale, à la pression atmosphérique, une quantité de gaz à basse perméabilité suffisante pour procurer une pression partielle s'ajoutant à la pression partielle d'air pour obtenir à l'intérieur de la cavité une pression totale recherchée supérieure à la pression atmosphérique, le gaz de gonflage permettant à a cavité de conserver son état pressurisé à l'intérieur d'une plage déterminée de pressionspendant une durée notablement plus longue que dans le cas où le gaz de gonflage est de l'air seul. 11. Balle selon la revendication 10, caractérisée en ce que la quantité d'air est suffisante pour procurer une pression partielle inférieure à la pression atmosphérique. 12. Balle selon la revendication 11, caractérisée en ce que la quantité d'air est suffisante pour procurer une pression partielle d'environ 82 kPa absolue. 13. Balle selon la revendication 12, caractérisée en ce que le gaz à basse perméabilité est l'hexafluorure de soufre (su6). 14. Balle selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on n'utilise que le composant O2 de l'air. 15. Balle selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on n'utilise que le composant N2 de l'air. 16. Balle selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise un gaz ayant une vitesse de perméabilité non supérieure à celle de l'air. 17. Balle selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise de l'ammoniac. 18. Balle de tennis comportant une paroi élastomère perméable aux gaz et contenant un gaz de gonflage compressible sous pression, caractérisée en ce que ce gaz de gonflage contient une quantité d'air suffisante pour procurer une pression partielle d'air déterminée, une quantité suffisante d'hexafluorure de soufre gazeux pour procurer une pression partielle de gaz stajoutant à la pression partielle d'air pour obtenir & l'intérieur de la cavité, une pression totale déterminée, le gaz de gonflage permettant à la cavité de conserver son état pressurisé à l'intérieur d'une plage déterminée de pressions pendant une durée notablement plus longue que dans le cas oA le gaz de gonflage est de l'air seul. 19. Balle selon la revendication 18, caractérisée en ce que la quantité d'air est suffisante pour procurer une pression partielle inférieure à la pression atmosphérique. 2Q. Balle selon la revendication 18, caractérisée en ce que la quantité d'air est suffisante pour procurer une pression partielle de gaz comprise entre 82 kPa absolus et la pression atmosphérique. 21. Balle selon la revendication 18, caractérisée en ce qutau lieu d'air, on n'utilise que le composant 2 de l'air. 22. Balle selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on n'utilise que le composant N2 de l'air. 23. Balle selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'au lieu d air, on utilise un gaz ayant une vitesse de perméabilité non supérieure à celle de l'air. 24. Balle selon la revendication 23, caractérisée en ce qutau lieu d'air, on utilise le gaz ammoniac. 25. Balle selon la revendication 18, caractérisée en ce que la quantité d'air est suffisante pour procurer une pression partielle supérieure à la pression atmosphérique. 26. Balle selon la revendication 19, caractérisée en ce que la quantité d'air est suffisante pour procurer une pression partielle comprise entre environ 82 kPa absolus et la pression atmosphérique 27. Balle selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'au -lieu dtair, on n'utilise que le composant 2 de l'air. 28. Balle selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on n'utilise que le composant N2 de l'air. 29. Balle selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise un gaz ayant une vitesse de perméabilité non supérieure à celle de l'air. 30. Balle selon la revendication 29, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise le gaz ammoniac. 31. Balle selon la revendication 25, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on n'utilise que le composant 02 de l'air. 32. Balle selon la revendication 25, caractérisée en ce qu'au lieu-d'air, on n'utilise que le composant N2 de l'air. 33. Balle selon la revendication 25, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise un gaz ayant une vitesse de perméabilité non supérieure à celle de l'air. 34. Balle selon la revendication 33, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise le gaz ammoniac. 35. Balle selon la revendication 2, caractérisée en ce que la quantité d'art est suffisante pour procurer une pression partielle supérieure à la pression atmosphérique. 36. Balle selon la revendication 2, caractérisée en ce que le gaz halogéné à-basse perméabilite est llhexafluo- rure de soufre. 37. Balle selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on n'utilise que le composant O2 de l'air. 38. Balle selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'au lieu flair, on n'utilise que le composant N2 de l'air. 39. Balle selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise un gaz ayant environ une vitesse de perméabilité non supérieure à celle de l'air. 40. Balle selon la revendication 2, caractérisée en ce que la balle est une balle de tennis. 41. Balle selon la revendication 40, caractérisée en ce qu'au lieu d'air, on utilise le gaz ammoniac. 42.- Balle de tennis pressurisée ayant une capacité amliorée de conserver l'état pressurisé caractérisée en ce qu'elle comprend une paroi élastomère perméable aux gaz qui délimite une cavité creuse contenant un gaz à une pression supérieure à la pression atmosphérique le perfectionnement consistant en ce que le gaz de gonflage comprend un mélange d'air et d'hexafluorure de soufre. 43.- Balle selon la revendication 42 ayant une capacité amélioré de conserver l'état pressurisé qui comprend une paroi élastomère perméable délimitant une cavité creuse comprenant un gaz de gonflage compressible sous pression caractérisée en ce que ledit gaz de gonflage comprend a) de l'air, & une pression partielle égale à celle de la pression ambiante et b) de l'hexafluorure de soufre en quantité suffisante pour améliorer la capacité de ladite balle à conserver l'état pressurisé.