Brevet FR2475974A1 — publié le 19810821

La présente invention concerne un procédé pour préparer un nouvel article composite en polytétra- fluoroéthylène expansé. Le polytétrafluoroéthylène (appelé ci-dessous "PTFE") possède une excellente résistance à la chaleur, aux agents chimiques, comme isolant, ainsi qu'une non- adhésivité et une auto- Lubrification excellentes. Une invention récente (brevet américain n0 3 953 566) fournit un procédé pour préparer des ar- ticles en PTFE façonnés très poreux, mais de résistance élevée. Ce procédé consiste à mélanger du PTFE en poudre fine très cristalline avec un lubrifiant liquide, à extruder ce mélange à travers un moule dont la section peut avoir la configuration souhaitée, puis à étendre l'article façonné dans une ou plusieurs directions à raison de plus de 10 % par seconde. Les produits obtenus par ce procédé se sont largement répandus dans l'industrie, les applications médi- cales, les appareillages électriques et l'habillement. Le procédé est quelque peu limité étant donné qu'il n'est pas facilement adaptable à la production d'articles de grande taille ayant une section complexe. Il apparaît une demande pour de tels articles, par exemple dans les techniques de filtration industrielle et dans la chirurgie vasculaire des grands vaisseaux. Bien que l'on puisse fabriquer des articles composites de grande taille en rassemblant plusieurs articles plus petits par des procédés classiques comme par couture, soudure ou collage, ces articles présentent une discontinuité à la jonction. Bien que dans de nombreuses applications ceci ne pose pas de problèmes graves, dans d'autres, comme dans la filtration et le remplacement de parties du corps, il est extrêmement important que la structure soit aussi uniforme que possible pour tout l'article. Si l'on utilise la soudure ou le collage pour produire des articles de grande taille, on produit une zone dense non poreuse. En revanche, la couture peut produire des zones qui ont une porosité plus grande que le reste de l'article. On a trouvé que la microstructure de noeuds et de fibrilles présente dans les produits obtenus selon le brevet américain n0 3 953 566 est particulièrement souhaitable à la fois comme moyen de filtration et comme surface pour entrer en contact avec le sang et les autres-liquides corporels. Il serait donc souhaitable de produire des formes complexes composites en réunissant des articles de PTFE expansé avec cette microstructure de manière que la microstructure reste pratiquement ininterrompue le long du joint ou de la ligne de séparation. L'un des buts de l'invention est un procédé de production d'un article en PTFE façonné et composite. On produit un tel article en réunissant des segments d'articles façonnés plus petits. Ces segments plus petits sont maintenus étroitement rapprochés et l'on élève leur température à une valeur dépassant le point de fusion cristalline des segments. On les laisse alors refroidir à la température ambiante pour faciliter la manipulation de l'article. Un autre but de l'invention est la pro- duction d'un article en PTFE façonné composite par le procédé ci-dessus, avec une microstructure pratiquement ininterrompue de noeuds interconnectés par des fibrilles traversant la jonction. L'invention sera expliquée en détail en réfé- rence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une illustration schéma- tique d'un des modes de réalisation de l'invention; et les figures 2-4(b) sont des photographies en microscopie électronique de diverses surfaces d'un tube produit selon l'invention. Les spécialistes savent relier du PTFE à du PTFE en maintenant mécaniquement les deux pièces en contact et en les chauffant au-dessus du point de fusion cristalline du PTFE. Cependant, généralement, ceci aboutit à une jonction solide non poreuse. L'invention utilise une modification du procédé pour produire un produit o la microstructure noeud-fibrilles présente dans les deux pièces est maintenue pratiquement inin- terrompue de part et d'autre de la jonction. Le résultat est que l'on produit un produit sans raccord. Dans le présent contexte, le terme "bords" est utilisé pour désigner la partie de l'article en PTFE expansé qui doit être assemblée et le terme "raccord" désigne la zone ainsi assemblée. Les articles peuvent avoir une section de n'importe quelle forme, par exemple en tube, en bâtonnet, en feuille ou en segment. On peut se procurer le PTFE sous diverses formes, y compris les feuilles, les bâtonnets et les tubes, auprès de la société W.L. Gore & Associates, Inc. Les articles à assembler sont coupés à la taille désirée. Il faut prendre garde que les bords à assembler soient propres, c'est-à-dire ni effilochés, ni sales. Les deux bords sont alors disposés très proches l'un de l'autre, c'est-à-dire qu'ils se touchent. Si l'on chauffe du PTFE expansé au-dessus de son point de fusion cristalline sans le retenir, le matériau tendra à se contracter et à se fondre en une masse solide. Pour s'assurer que les deux articles à assembler restent en contact lorsqu'on les chauffe, il faut donc employer un moyen mécanique pour les tenir. Par exemple, comme 1 tillustre la figure 1, on peut fabriquer un tube de grande taille à partir de feuilles ou de sections provenant d'un certain nombre de tubes plus petits. On coupe les bords 6(a) et 6(b) des feuilles 4 pour s'assurer que ces bords sont propres, c'est-à-dire ni effilochés, ni sales. On dispose alors les feuilles 4 autour d'un mandrin 2. Les bords 6(a) et 6(b) de chaque feuille 4 sont étroitement-ajustés aux bords 6(a) et 6(b) de la feuille avoisinante. Les extrémités des feuilles, A et B, sont fixées en ces points au mandrin. Ceci peut s'effectuer de diverses manières, comme par des colliers de retenue ou en atta- chant les feuilles au mandrin par un fil. La raison pour laquelle il faut fixer le tube ainsi est qu'il faut empêcher toute rétraction longitudinale du PTFE au chauffage. On enroule en spirales une bande de pellicule de PTFE expansé d'environ 19,05 mm de largeur et ayant une résistance de la matrice à la traction d'environ 4900 kg/ cm2, autour des feuilles du mandrin et on la fixe à l'ex- trémité du mandrin de manière qu'elle ne puisse se défaire. Au chauffage, cette pellicule de retenue se contracte, appliquant une pression sur les feuilles et maintenant les bords 6(a) et 6(b) en contact étroit. On trouve dans le commerce une pellicule satisfaisante sous le nom de filament expansé GORE-TEX auprès de la société W.L. Gore & Associates, Inc., P0O. Box 1220, Elkton, Maryland 29121. Bien que l'enveloppement avec une pellicule de PTFE expansé soit un moyen préféré de rete- nue mécanique et de maintien des bords des feuilles au contact au cour du chauffage, on peut utiliser d'autres moyens. Le facteur important est qu'il doit y avoir une certaine force perpendiculaire au raccord au cours du frittage. Lorsque la pellicule enveloppée autour du tube se rétracte, elle fournit la force nécessaire. Le chauffage du tube enveloppé peut s'effectuer dans un bain salé, un four à air, un four radiant ou un autre moyen de chauffage. Le bain salé approprié peut être un mélange fondu de nitrites et de nitrates de sodium et il est maintenu à une température dépassant le point de fusion cristalline des segments. On enlève alors le tube et on le laisse refroidir tout en le retenant. La durée pendant laquelle on le maintient au-dessus du point de fusion cristalline varie selon la masse de matière qui intervient et les propriétés de la résine. La durée exacte permettant de produire une liaison optimum dépend d'un certain nombre de facteurs comme la masse de matière et la configuration de la forme produite. Cette durée est cepen- dant facilement déterminée avec un minimum d'expérimenta- tion. L'exemple suivant vise à préciser et non à limiter l'invention. La technique peut être utilisée avec de nombreuses formes et tailles o il est important de mainte- nir une microstructure pratiquement ininterrompue de part et d'autre de toute ligne de jonction ou raccord. Exemple I On découpe trois segments de 6,5 cm de long, de 1200 dans des tubes de 20 mm de diamètre interne qui ont été produits selon les enseignements du brevet américain n0 3 953 566. La résine utilisée est du Fluon 123 qui est une résine PTFE en poudre fine que commercialise ICI Amérique. On taille soigneusement ces segments pour s'assu- rer que les bords à ajuster sont propres. On dépose alors soigneusement les segments autour d'un tube lisse en acier inoxydable de 20 ml de diamètre externe. On dispose les segments de manière qu'ils soient étroitement ajustés les uns aux autres. On les enveloppe alors en spirale avec une pellicule de PTFE expansé de 19,05 mm de largeur ayant une résistance de la matrice à la traction d'environ 4900 kg/cm2 qui a été fabriquée selon le brevet américain n0 3 962 153. On dispose alors le mandrin dans un four à air à 380'C pendant 12 minutes; Lorsqu'on le retire du four à air, on laisse refroidir le mandrin à la température ambiante et on en enlève soignement le tube de PTFE formé en le faisant glisser. Pour cette expérience, on retire soigneusement la pellicule enveloppante du tube afin de faire une microphotographie de la structure à l'endroit du raccord. La figure 2 est une photographie en microscopie électronique, présentée sous un certain angle, de l'un des raccords faits dans l'exemple I. La partie supérieure 10 est une vue topographique de la surface interne du tube. La partie inférieure 12 est une vue en section du tube. Dans la figure 2, le raccord va de X à Y. Le grossissement est de 146 fois. La figure 3(a) est une photographie en microsco- pie électronique de la surface interne du tube fait dans l'exemple I. Le raccord va de X à Y. Le grossissement est de 122 fois. La figure 3(b) est une photographie en microscopie électronique de la zone encadrée dans la figure 3(a). Le raccord va de X à Y et le grossissement est de 610 fois. La figure 4(a) est une photographie en micros- copie électronique de la surface externe, après enlèvement de la pellicule, du tube fabriqué dans l'exemple I. Le raccord va de X à Y et le grossissement est de 90 fois. La figure 4(b) est une photographie en microscopie électro- nique de la zone encadrée montrée dans la figure 4(a). Le raccord va de X à Y et le grossissement est de 450 fois. D'après ces photographies en microscopie électronique, il est surprenant d'observer que la micro- structure noeud-fibrilles est pratiquement ininterrompue d'un côté à l'autre du raccord. Bien qu'on ait employé un exemple à petite échelle pour préciser l'invention, cette technique peut être facilement étendue jusqu'à s'appliquer à de grands tubes ayant jusqu'à plusieurs centimètres de diamètre. De même, la technique peut être utilisée avec toute une variété de formes et ne se limite pas aux sections tubulaires. Ainsi, on pourrait assembler des feuilles de PTFE expansé de façon mono- axiale ayant des épaisseurs variant d'environ 0,127 à plus de 2,54 mm de la façon suivante. On retient les feuilles de PTFE dans la direction de leur expansion, on les ajuste en place entre des feuilles de 1,5875 mm d'é- paisseur de caoutchouc de silicone, duromêtre 60 (deux feuilles de caoutchouc de chaque côté du PTFE qui ne sont pas tout à fait ajustées l'une à l'autre avec un inter- valle d'environ 0,254 mm entre elles qui correspond au raccord dans les feuilles de PTFE), et on dispose les feuilles de PTFE et de caoutchouc dans une presse avec des plateaux chauffés à environ 380'C. On pourrait fermer la presse pour appliquer une très faible pression aux feuilles déposées sur le caoutchouc. Ce qui fournirait la force perpendiculaire nécessaire au raccord, cette fois-ci en configuration plane. Au bout d'un temps approprié, environ 15 minutes, on pourrait fermer les radiateurs électriques de la presse et refroidir les plateaux par un courant d'air comprimé. Une fois les plateaux refroidis à la tempéra- ture ambiante, on pourrait relâcher la pression et enlever les feuilles. REVENDICATIONS 1. Procédé pour assembler plusieurs segments de polytétrafluoroéthylène ayant chacun une microstructure de noeuds interconnectés par des fibrilles de manière que ladite microstructure soit pratiquement ininterrompue à la jonction, ce procédé consistant à: (a) maintenir lesdits segments en contact étroit entre eux par un moyen mécanique; (b) empêcher lesdits segments de se rétracter dans toutes les directions; (c) chauffer lesdits segments, lorsqu'ils sont ainsi maintenus, à une température dépassant le point de fusion cristalline desdits segments pendant un temps pré-déterminé; et (d) laisser lesdits segments se refroidir au- dessous du point de fusion cristalline desdits segments tout en les maintenant toujours en contact étroit entre eux. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il consiste à: '-J(a) ajuster soigneusement lesdits segments autour d'un mandrin; et (b) envelopper en sp1rale lesdites couches avec une pelicuie de PTFE expansé de haute résistance. 3. Article de PTFE composite fabriqué par le procédé selon l'une des revendications 1 et 2. 4. Produit de PTFE composite soudé comprenant plusieurs segments de PTFE expansé ayant une micro- structure de noeuds interconnectés par des fibrilles, ladite microstructure étant pratiquement ininterrompue 3J0 à ladite soudure.