Brevet FR2489739A2 — publié le 19820312

FR 2489739 A2 19820312 FR 8019367 A 19800908 La présente invention concerne un procédé permettant de contrôler et d'améliorer certaines caractéristiques d'un matériau cristallin, semi-cristallin ou amorphe au cours d'une transformation de son état physique, procédé selon lequel au cours du passage de l'état liquide à ltétat pâteux, de l'état pâteux à l'état solide, de ltétat liquide à ltétat vitreux ou inversement, l'on applique un traitement de vibration dont la fréquence, et l'amplitude (ou l'accélération) sont programmées, ledit traitement comprenant simultanément une opération où la température varie de façon contrôlée. De façon plus particulière, l'invention concerne un procédé et une installation permettant de réaliser un mélange à composants multiples tels que deux ou plusieurs produits notamment des polymères, des résines ou des élastomères. En partant à la fois de considérations thermodynamiques et d'essais, on constate que lorsqu'on mélange des polymères de compositions chimiques différentes, ces polymères ne se mélangent pas réellement jusqu'au niveau des molécules et ne donnent pas une structure à phase unique, homogène. Cet état ultime du mélange moléculaire que l'on peut obtenir pour de nombreux mélanges de liquides, peut seulement se réaliser de façon approchée par les mélanges multiples ou encore appelés polymélanges jusqu'à une certaine limite seulement. En principe, la compatibilité est une mesure du degré de rapprochement du polymélange par rapport aux mélanges moléculaires. Sur le plan de l'analyse du phénomène, cette notion de compatibilité représente un degré d'homogénéité du polymélange et peut se mesurer en comparant la dimension du domaine de la phase dispersée. Plus cette dimension de la phase dispersée dans la phase continue est petite et meilleure est la compatibilité. On prépare, en général, des polymélanges selon l'art antérieur en utilisant quatre procédés : 1) Mélange mécanique dans des malaxeurs de caoutchouc ou des extrudeuses, 2) Polymérisation d'un monomère en présence d'un autre polymère, 3) Evaporation ou précipitation en partant d'un mélange de solutions de polymères, 4) Coagulation d'un mélange de réseau de polymères. Pour comprendre les conditions qu'il faut satisfaire pour aboutir à des mélanges homogènes de liquides (en prenant à titre d'exemple le mélange de liquides qui ne sont pas des polymères), il faut pouvoir déterminer si une réaction ou un processus ou un changement se produisent sur le plan thermodynamique lorsque le mélange se fait, dans quelle mesure cela se produit et à quelle vitesse. Dans un cas particulier, on recherchera si NA moles d'un liquide A et N3 moles d'un liquide B se mélangent à une température et à une pression données et donnent un mélange homogène en une seule phase ou un mélange hétérogène en deux phases. Suivant les principes de la thermodynamique, l'opération se déroule de façon à rendre maximale l'énergie négative libre. Toutefois, les considérations thermodynamiques ne permettent pas d'indiquer la vitesse du changement. Pour commander la diffusion, il faut régler les variables cinétiques par les constantes de diffusion qui dépendent elles-mêmes de la température et de la pression. C'est ainsi qu'à un instant donné, la température et la pression correspondent à l'état de compatibilité du mélange, allant vers son niveau d'équilibre déterminé par les inéquations thermodynamiques.La durée pour atteindre l'équilibre dans un processus visqueux, dépendant de la diffusion, est une fonction de la fréquence et de l'amplitude des vibrations (mécaniques ou électriques) auxquelles on soumet le mélange. Cela s'applique du fait du principe de la superposition de la température et de la fréquence ou de l'amplitude de la vibration pour déterminer les caractéristiques visqueuses du bain. C'est ainsi que la compatibilité d'un bain fondu de deux ou plusieurs polymères est une fonction de la température et ainsi de la fréquence et de l'amplitude de la vibration appliquée pour une telle température. Ce caractère absolu de la compatibilité dépendant de la température et de la durée, comme d'ailleurs toutes les opérations sensibles à la vitesse ou à la diffusion, cette compatibilité est une fonction de la vitesse de refroidissement imposée au mélange en fusion dans la cavité du moule, pendant le refroidissement à la température ambiante. Un mélange surrefroidi présente théoriquement les mêmes caractéristiques de compatibilité que ce mélange avait à la température à partir de laquelle on a trempé le mélange. On peut décider arbitrairement de la température transitoire pour la compatibilité, c'est-à-dire Tc en dessous de laquelle le mélange serait compatible selon les normes et en dessous de laquelle le mélange de polymère serait considéré comme hétérogène. Cette transition Tc varie avec la pression et c avec les caractéristiques des monomères et du poids moléculaire des channes mais également avec la fréquence et l'amplitude de l'énergie vibratoire (d'origine mécanique ou électrique) si bien que tout ce qui a été enseigné au sujet de la programmation de l'amplitude de l'excursion de fréquence et/ou de pression par rapport à la variation de température, selon le brevet principal, s'applique pour régler le degré de compatibilité du mélange à la température ambiante. C'est ainsi que l'on peut en particulier simuler une vitesse de trempe rapide, pour la compatibilité du mélange en modifiant de façon contrôlée les paramètres faisant varier la transition T c dans des conditions isothermes ou isobares. Il est ainsi possible de commander par la cinétique le degré de non-compatibilité c'est-à-dire l'homogénéité d'un mélange en programmant les mêmes variables que celles décrites pour agir sur les températures de transition thermodynamiques Tg et Tm. Les polymères à mélanger peuvent se présenter initialement sous la forme de-granulés ou de poudre. Le procédé selon l'invention permet de mélanger des matériaux qui étaient jusqu'alors incompatibles, par exemple du polystyrène et du polypropylène, du polycarbonate et-du polystyrène, 'du polybutadiène et du polystyrène (ABS c 'est-à-dire acrylonitrile, butadiène-styrène). Le procédé selon le présent perfectionnement permet de régler le degré d'homogénéité des particules de la seconde phase. R E V E N D I C A T I O N S 10) Procédé permettant de contrôler et d'améliorer certaines caractéristiques d'un matériau cristallin, semicristallin ou amorphe au cours d'une transformation de son état physique, procédé selon lequel au cours du passage de ltétat liquide à l'état pâteux, de l'état pâteux à l'état solide, de l'état liquide à l'état vitreux ou inversement, l'on applique un traitement de vibration dont la fréquence, et l'amplitude (ou l'accélération) sont programmées, ledit traitement comprenant simultanément une opération où la température varie de façon contrôlée, selon la revendication 1 du brevet principal, procédé caractérisé en ce qu'on mélange au moins deux polymères, on met les polymères à une température supérieure à la température ttansitoire Tc, , on abaisse la température et on règle la variation de température et la variation d'au moins un autre paramètre physique, tel que la pression la fréquence de vibration ou l'amplitude de vibration mécanique, la tension d'un champ électrique, son intensité ou sa fréquence, en fonction du temps, suivant une relation choisie et programmée en fonction des caractéristiques que doit présenter le matériau et des conditions de transfert thermique réglant cette variation de température. 20) Matériau en vrac semi-fini ou produit semifini réalisé à partir d'un mélange préparé selon le procédé de la revendication 1.