Brevet FR2477065A1 — publié le 19810904

La présente invention se rapporte d'une façon générale à l'utilisation de polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé pour former une surface résistante à l'usure et elle a trait plus particulièrement à un dispositif à l'aide duquel ledit polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé puisse être efficacement lié à des plaques métalliques de support. On peut produire du polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé, à savoir avec des poids moléculaires compris entre 500.000 et approximativement six millions et il en résulte que la matière possède d'excellentes propriétés de résistance à l'usure, y compris notamment une grande résilience, une bonne résistance à la rupture, une bonne résistance à la flexion et une grande résistance à l'abrasion. En outre, le polyéthylène de poids moléculaire ultaélevé possède d'excellentes propriétés anti-friction. En fait, lorsqu'on le fait glisser à sec contre des métaux tels que de l'acier, du laiton, ou du cuivre, le polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé présente des caractéristiques apparentes d'auto-lubrification. Le polyéthylène de poids moléculaire ultraélevé est hydrofuge et il n'absorbe pas l'eau à un degré suffisant pour qu'il se produise un gonflement ou d'autres modifications dimensionnelles. En conséquence,les qualités exceptionnelles du polyéthylène de poids moléculaire ultraélevé sont maintenues indépendamment de l'humidité de l'environnement où on utilise ce polyéthylène. En conséquence, il est avantageux de pouvoir utiliser du polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé dans des conditions où une surface est soumise à différents types d'abrasion, par exemple une abrasion par glissement, une abrasion par légers chocs ou une abrasion par grands chocs Cependant pour de telles applications, le polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé a auparavant été fourni sous la forme de feuille, en différentes épais seurs, avec des instructions détaillées permettant d'indiquer comment la matière doit etre fixée de la meilleure fa çon possible sur un substrat. Les instructions de montage suggèrent d'utiliser différents boulons, vis,rivets ou autres attaches mises en place par application d'une force. De telles instructions signalent généralement que les attaches doivent être espacées d'intervalles relativement rapprochés en vue de réduire au minimum le gauchissement et le rétrécissement qui sont intrinsèques à la nature thermoplastique du polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé. De tels impératifs de montage vont à l'encontre d'une utilisation intensive de telles feuilles sur des surfaces incurvées ou de profil complexe. En conséquence, les frais d'installation ont été obligatoirement augmentés et des tentatives pour fixer du polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé directement sur un substrat métallique ou une plaque portante n'ont pas été satisfaisantes.En premier lieu, on ne connait pas à l'heure actuelle des moyens utilisables pour établir une liaison satisfaisante entre du polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé et un métalsset en second lieu, même si ces deux matières pouvaient être liées directement ensemble, les coefficients de dilatation du polyéthylène et du métal# sont si différents que les contraintes internes résultantes qui seraient exercées sur le polyéthylène pourraient détruire soit l'assemblage soit la feuille de polyéthylène proprement dite. L'invention a en conséquence pour but principal de fournir un dispositif perfectionné à l'aide duquel on puisse fixer du polyéthylène de poids moléculaire ultra-é- levé sur une plaque portante métallique afin de former un produit composite résistant à l'usure. L'invention a également pour but de fournir un produit composite résistant à l'usure, du type défini cidessus, qui puisse être commodément profilé à froid à des formes et angles désirés. L'invention a en outre pour but de fournir un procédé de fabrication d'un produit composite résistant à l'usure, du type défini ci-dessus. D'une façon générale, une plaque d'usure composite conforme à la présente invention permet de remédier aux difficultés rencontrées dans le domaine connu pour fixer du polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé sur une plaque portante métallique par interposition d'une couche élastomère entre le polyéthylène et la plaque portante métallique et par liaison d'une surface de l'élastomère avec la plaque portante métallique, puis par liaison de la surface opposée de l'élastomère avec le polyéthylène, ces deux opérations étant faites suivant des techniques acceptables, Spécifiquement, on peut efficacement fabriquer un produit composite résistant à l'usure, conformément au concept de la présente invention, en préparant la surface de la plaque portante métallique en vue de sa liaison avec un élastomère.On peut revêtir la surface préparée d'un composé d'enduction afin d'améliorer la liaison entre ltélas tomère et la plaque portante métallique et on dépose ensuite une couche d'élastomère non durci ni vulcanisé. On étale ensuite une quantité dosée de poudre de polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé sur la couche non durcie de matière élastomère puis on enferme les composants ainsi assemblés dans un moule sous pression et on effectue un échauffement non seulement pour faire durcir I'élastomère mais é- galement pour faire fondre la poudre de polyéthylène de telle sorte qu'elle entre en coalescence pour former une couche de polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé qui est liée à l'élastomère en une seule opération. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 représente schématiquement un procédé de fabrication d'un produit composite résistant à l'usure conforme à la présente invention. Fig. 2 est une vue en coupe schématique d'un moule dans lequel les constituants d'un produit composite résistant à l'usure conforme à la présente invention ont été assemblés avant le traitement final. Fig. 3 est une vue en coupe d'une feuille d'un produit composite résistant à l'usure conforme à l'invention. Fig.4 est une vue en coupe d'un produit composite résistant à l'usure tel que celui de la figure 3,qui a été profilé de façon à former une structure anguleuse. Fig. 5 est une vue en coupe d'un produit composite résistant à l'usure tel que celui de la figure 3, qui a été profilé sous la forme d'un anneau discontinu. Fig. 6 est une vue en coupe d'un produit résistant à l'usure qui a été profilé sous la forme d'un anneau cylindrique fermé, et Fig. 7 est une vue en coupe d'une feuille résistante à l'usure telle que celle de la figure 3, qui a été fixée sur un élément structural. Sur la figure 1, on a mis en évidence de fa çon schématique les différentes opérations intervenant dans un procédé de fabrication d'un produit composite résistant à l'usure, conformément au concept de la présente invention, ledit produit composite, et les variantes de celui-ci qui vont être décrites dans la suitelayant été désignés individuellement et collectivement par la référence numérique 10. La première phase (I) intervenant dans le procédé de fabrication d'un produit composite résistant à l'usure 10 consiste à nettoyer soigneusement et complètement la surface de la plaque portante métallique sur laquelle une couche de matière élastomère doit etre collée. L'obJectif principal est d'enlever la crasse, la graisse ou l'oxydation. Le second objectif est de former une surface sur laquelle on puisse établir une certai-ne liaison mécanique. A ce dernier point de vue, la surface peut être soumise à une légère abrasion ou même décapée avec un acide. Pour améliorer l'adhérence entre le métal et l'élastomère on peut déposer un revêtement ou film d'un enduit ou d'un ciment sur la surface préparée de la plaque portante métallique. On peut ensuite placer (II) dans un moule la plaque portante métallique ainsi préparée, puis on dépose (III) une couche de matière élastomère non durcie sur la surface préparée de la plaque. Une fois l'élastomère nits en place, on étale (IV) une couche de poudre de polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé sur la couche de matière élastomère. La couche de polyéthylène étant en place, les constituants ainsi assemblés sont compactés et chauffés (V) pour faire durcir l'élastomère et pour faire fondre la poudre de polyéthylène qui, lorsqu'elle se refroidit, se transforme par coalescence en une couche de polyéthylène. Le produit composite résistant à l'usure 10 terminé de fabrication est ensuite enlevé (VI) du moule. En référence à la figure 2, une surface 11 d'une plaque portante métallique 12 est nettoyée et préparée de façon qu'une ouche d'élastomère 13 puisse être fixée sur celle-ci. La plaque portante métallique 12 est ensuite placée dans un moule 14 de manière que la surface préparée 11 soit dirigée vers l'extérieur du moule 14. On dépose ensuite sur la surface Il une couche d'élastomère non durci 13. Eventuellement, il peut etre avantageux de déposer un film d'un ciment entre l'élastomère non durci 13 et la surface préparée 11 de la plaque portante métallique 12. On recouvre la surface 17 de l'élastomère 13, qui est orientée dans une direction opposée à la plaque 12, d'une couche de poudre de polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé 15. Les constituants étant ainsi en position, on fixe le couvercle 16 sur le corps de moule 18 et on exerce une pression et un échauffement suffisants pourfai#e durcir l'élastomère 13 et faire fondre la poudre de polyéthylène 15. Après que la poudre de polyéthylène fondu s'est transformée par coalescence pour constituer la cou che de polyéthylène 20, on ouvre le moule 14 et on sort le produit composite 10 terminé de fabrication. On a représenté sur la figure 3 un produit composite 10 qui a été fabriqué dans le moule 14.La plaque portante métallique 12 est fixée à la couche de matière élastomère 13, qui est ellemême liée à une couche de polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé 20. Le produit composite résultant 10 peut être utilisé pour former une surface d'usure dans tous les endroits où on désire avoir une surface plane, par exemple une trémie à sable, une trémie à charbon ou un certain nombre d'autres endroits où on doit stocker des matières abrasives. La feuille composite ainsi obtenue peut également être travaillée ou formée à froid par des procédés classiques, par exemple en utilisant une presse d'emboutissage, un rouleau ou un formage manuel afin de lui donner des formes telles que celles indiquées sur la figure 4, où la couche de polyéthylène 20 est placée dans le coin intérieur d'une structure composite anguleuse lOA. Ce type de structure peut être pourvu ensuite d'un profil en U et être utilisé pour former une goulotte ou une glissière. La contrainte élevée qui se produit entre le métal et le polyéthylène dans le coude 24 est absorbe par la couche élastomère médiane 13.Cette couche élastomère 13 permet d'absorber des différences de contraintes entre la plaque portante 12 et la couche de polyéthylène 20, ces contraintes résultant du processus de formage à froid, ainsi que desdifférences de contraintes résultant des coefficients disparates de dilatation de la plaque portante 12 par rapport à la couche de polyéthylène 20. Comme indiqué sur les figures 5 et 6, on a donné à un produit composite résistant à l'usure lOB, 10C une section droite# annulaire, qui peut être souhaitable pour former des rouleaux de convoyeur ou des organes semblables. Egalement la couche élastomère médiane 13 qui est placée entre la couche métallique 12 et la couche de polyéthylène 20 permet un déplacement relatif nécessaire de leurs surfaces pendant l'opération de formage et ultérieurement sous l'influence des variations de température. Comme le montre la figure 5, il est prévu un intervalle entre les bords opposés 21 et 22 de la plaque portante annulaire dans le produit composite lOB. Sur la figure 6, l'intervalle a été fermé, par exemple par soudage des bords opposés l'un avec l'autre, comme indiqué en 28, et par liaison par fusion de l'élastomère et du polyéthylène afin de terminer le profilage du corps composite cylindrique lOC.Pendant l'opération de fusion, plusieurs patins de caoutchouc 30 peuvent etre fixés sur la surface radialement intérieure 31 de la plaque portante 12. La continuité cylindrique de la plaque portante 12 dans le produit composite lOC lui confère une intégrité structurale. En outre, les patins forment des moyens élastiques permettant d'absorber des chocs et d'autoriser un léger mésalignementde l'arbre sur lequel ils sont montés. Le produit composite lOD représenté sur la figure 7 comprend une plaque portante métallique 12, une couche élastomère 13 et une couche de polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé 20. Plusieurs éléments filetés 34 sont fixés sur la plaque portante 12 et sont orientés perpendiculairement vers l'extérieur de celle-ci dans une direction opposée aux couches d'élastomère et de polyéthylène 13 et 20. Les éléments filetés 34 peuvent s'étendre dans des ouvertures 36 ménagées dans un élément porteur structural 38. Chacun des éléments filetés 34 reçoit en outre un organe de fixation, tel qu'un écrou 40, qui assure le blocage du produit composite 10D sur la plaque portante structurale 38 . La dimension dans la condition d'assemblage a été indiquée en L1.Lorsque l'ensemble est utilisé dans un environnement à haute température, ou dans un environnement à température variable, les dimensions linéaires de la couche de polyéthylène 20 subissent, à des températures élevées, une dilatation jusqu'à L2 ,tandis que la plaque portante métallique 12 se dilate seulement jusqu'à la dimension linéaire L Cette différence entre les dimensions linéaires depiIatation de la plaque portante 12 et de la couche de polyéthylène 20 est absorbée par la couche de matière élastomère 13. La description qui précède montre qu'on obtient une plaque d'usure très utile qui comprend une base métallique et une surface d'usure constituée par du polyé thylène de poids moléculaire ultra-élevé. La différence entre les coefficients de dilatation thermique des composants, qui empêchait par le passé de tels assemblages, est absorbée par la couche de matière élastomère qui est fixée entre le métal et le polyéthylène. L'ensemble du produit composite peut aisément être moulé en faisant intervenir un processus de moulage relativement peu compliqué et le produit composite final peut ensuite être profilé à froid à différentes formes utilisables. On voit par conséquent qu'on obtient un produit composite résistant à l'usure 10 qui peut être utilisé parfaitement dans le domaine industriel. REVENDICATIONS 1. Produit composite résistant à l'usure (10), comprenant une plaque portante métallique (12) et une couche de polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé, ca ractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche de matiè re élastomère intermédiaire (13) qui est liée à ladite pla que portante métallique (12),et en ce que la couche de po lyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé (20) est liée à ladite couche intermédiaire de matière élastomère (13) à l'opposé du côté de la couche élastomère (13) sur la quelle est fixée la plaque portante métallique (12). 2. Produit composite résistant à l'usure (10) utilisable dans des environnements fortement abrasifs, comprenant un élément porteur métallique (12),et une cou che de polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé (20),ca ractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche de ma tière élastomère (13) dont une surface est liée audit élé ment porteur métallique (12),et en ce que ladite couche de ~polyéthylène de poids moléculaire ultra-élevé (20) est liée au côté opposé de ladite couche élastomère (13). 3. Produit composite résistant à l'usure, selon la revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs attaches (34) sont fixées sur ledit élément porteur métal lique (12) et s'étendent vers l'extérieur de celui-ci,dans une direction opposée à la couche élastomère (13). 4. Procédé de fabrication d'un produit composite résistant à l'usure, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes Suivantes : préparation d'une plaque portante métallique en vue de son collage sur un élastomère; - mise en place d'une couche d'élastomère non durci (13) au contact de la plaque portante préparée (12), - étalement d'une quantité prédéterminée d'une poudre de polyéthylène de poids moléculaire ultra élevé (15) sur ladite couche élastomère (13), - chauffage dudit ensemble formé par la plaque portante (12), la couche d'élastomère (13) et la poudre de polyéthylène (15) pour faire durcir ledit éas- tomère et pour faire fondre ladite poudre de polyéthy lène (15) et - refroidissement du produit composite résultant (10). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes supplémentaires suivantes - compactage et chauffage dudit ensemble dans un moule. 6.Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes supplémentaires suivantes - réalisation d'un moule (18), - assemblage de la plaque portante (12), de la couche élastomère (13) et de la poudre de polyéthylène (15) dans ledit moule, - application de pression et de chaleur aux composants assemblés dans ledit moule (18), - refroidissement dudit moule (18) et des composants assemblés dans celui-ci, et - sortie du produit composite résultant (10). 7. Produit composite résistant à l'usure, comprenant un assemblage structural formé par le procédé selon la revendication 6.