Brevet FR2492726A1 — publié le 19820430

Procédé de polymérisation de polymères minéraux chargés en polyélectrolytes, en utilisant le chauffage électrique basse tension, tension inférieure à 48 V, par résistances électriques noyées dans le milieu réactionnel, caractérisé en ce qu'on utilise un moule constitué de matériaux isolants thermique et élec trique. Le contrôle de température est la clef de la polymérisation des polymères minéraux, décrits dans les brevets nO 7922g41 n0 8018970,et nO 8018971.La température de préparation, celle de la mise en place, la température ambiante, la vitesse de transfert de chaleur, influent sur la programmation du procédé, les mécanismes de réaction et la qualité des produits formés. Des variations de température du moule et les taux de refroidissement se répercutent sur la rhéologie, la cristallinité, la ligne de cohésion, les divers cycles de formation, l'orientation, les contraintes et les performances physiques des polymères minéraux thermodurcissables ainsi réalisés. Ces polymères minéraux polymérisent en moule fermé, à des températures comprises entre 700 et 1200, et, chaque système de polymère minéral nécessite un cycle de température préais^Ces thermodurcissables sont particulièrement sensibles à la vitesse de montée en température dans la masse.Une polymérisation incomplète engendre des fissures et des tensions internes, ils peuvent être trop tendres ou avoir d'autres défauts physiques, faible résistance physique, tendance à attacher au moule, friabilité. On connatt différentes méthodes de transfert de chaleur pour la polymérisation de ces résines. Celles-ci peuvent se faire au travers de moules en résines organiques ou en métal, avec cuisson dans une étuve; on connatt également le moule chauffant en métal, avec chauffage par fluide thermique, ou vapeur, ou cartouches de résistances blindées. La première méthode convient bien aux petites pièces, la seconde est très onéreuse. Toutes les deux sont mal adaptées aux fabrications des grandes pièces en polymères minéraux,et ce pour des raisons techniques. En effet, ces résines minérales demandent des polymérisations uniformes pour deux raisons essentielles : en premier lieu pour éviter des défauts de cristallisation et en deuxième lieu pour éviter des migrations parasites du liquide porteur des éléments de minéralisation. Ainsi par exemple, lorsque l'on utilise le chauffage du moule par l'extérieur, il se produit tout d'abord la polymérisation de la couche en contact avec le moule, la masse interne ne polymérisant que bien après, en fonction de la conduction thermique du produit.Ceci se traduit par des défauts de fabrication visibles, sous la forme de fissures occasionnées par des retraits importants On connaît aussi le chauffage intégral électrique basse tension, inférieure à 48 Volts, par résistances noyées. Ce procédé provoque des migrations parasites de l'eau contenuedans le mélange réactionnel. Au démoulage, les bords sont trempés, la réaction incomplète, ce qui engendre la fissuration. Dans le cas précis de polymérisationde résines chargées en polyélectrolytes, il est peu concevable de réaliser un moule en métal et d'introduire des résistances chauffantes intégrées autres que des résistances blindées, les résistances à nu engendreraient trop de courants de fuite. Les résistances blini dées sont dans notre cas pratiquement inutilisables à cause de leur coefficient de dilatation incompatible avec les produits obtenus.Il est possible de faire des moules en matière isolante et d'introduire des résistances électriques pour réaliser le chauffage intégral. Cette solution parait difficile, car les matériaux isolants laissent difficilement passer la chaleur par exemple en étuve; ils s'accompagnent des difficultés bien connues en ce qui concerne la maîtrise des transferts de chaleur et de ce fait du cycle de montée en température.De plus, la plupart des résines organiques, perdent leurs qualités physiques aux températures de polymérisation des géopolymères(850) La présente invention remédie à ces inconvénients puisqu'elle allie le moule chauffant et la résistance électrique intégrée, la tension d'utilisation étant au maximum égale à 48 Volts . Pour fabriquer des objets en polymères minéraux du type polysialate tels décrits dans les brevets français cités, dont le milieu réactionnel est très chargé en polyélectrolyte provenant des cations sodium et potassium, on utilise le chauffage électrique basse tension inférieure à 48 Volts, par résistances électriques noyées dans le milieu réactionnel, le moule étant constitué de matériaux isolants thermique et électrique. On peut également compléter le rendement de l'opération en constituant des parois de moule chauffant ; ainsi les parois du moule peuvent être constituées d'une résistance électrique plane, utilisant la basse tension, inférieure à 48 volts, cette dite résistance étant recouverte d'un produit assurant l'isolation électrique entre cette dite résistance électrique plane et la résistance noyée dans le milieu réactionnel chargé en polyélectrolyte. Le moule est un moule chauffant électrique, basse tension, il-est décrit dans la figure î et il se compose d'éléments sandwich composés : 11 - D'un panneau isolant 12 - D'une résistance chauffante 13 - D'une feuille de recouvrement 94 - Des résistances intégrées qui sont noyées dans le milieu réactionnel Le panneau 11 assure l'isolation électrique et thermique. Il peut autre en bois, matière plastique pleine ou expansée, en billes de minéraux expansés liées par de la résine minérale, ou organique, expansée ou non, ou tout autre matériaux permettant de soutenir la résistance 12, et la feuille de recouvrement 13. La résistance 12 est constituée par une feuille ou bande d' aluminium ou tout autre métal conducteur . Le dessin de la résistance électrique peut avoir différentes formes géométriques , l'alimentation du moule se fait en basse tension pour des raisons de sécurité et de rendement La feuille de recouvrement 13 , assure l'isolation électrique de la résistance par rapport à l'électrolyte présent dans le milieu réactionnel et la résistance intérieure. Ce peut astre une feuille ou bande d'aluminium ou autre métal conducteur thermique, recouvert d'un enduit ou d'une peinture isolant électrique; on peut également assurer cette isolation électrique à l'aide d'une feuille de recouvrement constituétpar exemple de matériaux isolants en feuille ou plaque, comme des stratifiés phénoliques ( type formica ). L'exemple qui suit permet de mieux comprendre l'invention. On réalise un moule de : 430 X 300 X 100 mm - Le panneau isolant 11 selon la figure 1, est un aggloméré de 24 mm - La résistance chauffante 12 est un feuillard d'aluminium découpé en bande de 1 cm de large, disposé en serpentin pour couvrir le maximum de surface, sur les cotés, le fond, et le dessus. - Le revêtement 13 est une feuille d'aluminium revue d'un enduit stable à la température sur les deux faces. La température souhaité. du moule est de 85oC. L'objet à réaliser est un moule chauffant électrique entièrement minéral, contenant sa résistance électrique intégré 14 L'emprunte est collée au fond du moule On prend 6 kg de résine polysialate Géopolymite réalisée à partir de 4,6 kg de résine Géopolymite et 1,4 kg de durcisseur. La résine est mélangée à part avec son durcisseur et refroidie pour ne pas excéder 200C .On la laisse maturer durant 45' Dans un mélangeur, on mélange 1,2 kg de Mica et 10,oo kg de sable de zircon, puis on introduit la résine. Le mélange est très visqueux et a pour principale caractéristique d'être thixotrope. On badigeonne l'empreinte et le fond du moule de résine pure. On place le moule sur une table vibrante. Le moule est vibré, puis on introduit la patte qui se fluidifie et s'étend sur l'empreinte. Une fois l'empreinte recouverte on place la résistance chauffante intégrée 14. On introduit le reste de la pate Le branchement se fait de la façon suivante - Par moitié, pour les bords du moule, un côté pris dans le sens de la longueur, et l'autre dans le sens de la largeur , branchés en série - Ces deux moitiés sont branchées en parallèle avec le fond. Le courant admis est de 60 A pour une tension alternative de 1.5 V - Le couvercle chauffant est alimenté avec du 45 A sous 3 volts w Les résistances intégrées sont 4 bandes de métal dé ployé Inox alimentéest sous 60 A et 2 Volts On branche l'installation. Au bout de 50' la température est montée à 850 C ,On coupe alors le courant et lBon attend 10' avant de démouler. Après démoulage on applique sur les résistances chauffantes intégrées un courant de 90 A et 3 volts,pour maintenir la pièce en température et évaporer l'eau en excès. La résistance électrique plane 12, peut elle même constituer la paroi du moule. Si nécessaire , on pourra la consolider vers l'extérieur par des matériaux légers isolants thermiques comme des mousses organiques ou minérales, ou des matériaux organiques isolants stables à la température. Les produits réalisés selon le procédé décrit dans l'invention, sont des produits minéraux ayant dans leur intérieur une résistance électrique qui pourra être utilisée ou non, pour assurer le chauffage des produits ( moule chauffant, outils chauffants, dalles chauffantes ) de toutes formes et de toutes dimensions. A la limite cette résistance peut Qtre utilisée com me armature métallique Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre Revendications 1) Procédé de polymérisation de polymères minéraux chargés en polyélectrolytes, en utilisant le chauffage électrique basse tension, tension inférieure à 48 volts, par résis tances électriques noyées dans le milieu réactionnel, ca caractérisé en ce qu'on utilise un moule constitué de maté riaux isolants thermique et électrique 2) Procédé selon 1, caractérisé en ce que les parois du mou le sont constituées d'une resistance électrique plane, utilisant la basse tension, tension au maximum égale à 48 volts, cette dite résistance étant recouverte d'un produit assurant l'isolation électrique entre cette dite résistance plane et les résistances électriques noyées dans le milieu réactionnel chargé en polyélectrolyte 3) Procédé selon 2 caractérisé en ce que la dite résistance électrique constitue la parois intérieure d'un moule réalisé en matériaux isolant thermique. 4) Produits sous toutes formes et toutes dimensions, obtenus selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3