Brevet FR2498614A1 — publié le 19820730

La présente invention concerne un produit, notamment pour réaliser un échanaeur de chaleur d'un capteur solaire. Pour augmenter ltefficacité des capteurs solaires, il est intéressant de supprimer le nombre de circuits de fluide caloporteur et de faire passer le fluide utile directement dans l'échangeur du capteur. Cela pose divers problèmes notamment de sécurité de fonctionnement, car l'échangeur doit résister aux pressions ou pointes de pression qui risquent de se produire dans les conditions de fonctionnement extrêmes, résister au rayonnement ultraviolet puisque cet échangeur est exposé à la lumière du soleil, être stable dans une plage de température relativement étendue, comprise entre sensiblement - 300C et 1200C, avoir une qualité dite alimentaire et ne pas être électro-statique. Or, il ntexiste actuellement aucun produit permettant de satisfaire aux diverses conditions ci-dessus. La présente invention a pour but de créer un produit satisfaisant aux conditions ci-dessus, notamment pour réaliser un tube d'échangeur de chaleur. A cet effet, l'invention concerne un produit pour échangeur de chaleur de capteur solaire, destiné à fournir de liteau alimentaire ou de liteau de consommation à une température donnée, produit caractérisé en ce qu(il est constitué par un mélange comprenant de ltéthylène propylène diène monomère (EPDM), du noir de carbone, une silice précipitée, un plastifiant compatible avec 1'EPDM, un système de vulcanisation, et un agent de couplage pour la silice et 1'EPDM. Suivant une autre caractéristique, le produit contient du disulfure de tétra-éthyl-thiur.me ou du disulfure de tétraméthyl-thiurame pour accélérer la vulcanisation et donner du soufre naissant. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la charge renforçante est constituée par la combinaison de noirs de carbone destinés à renforcer les caractéristiques mécaniques et l'effet de filtre pour les rayons ultraviolets et, d'autre part, du noir de carbone améliorant la conductibilité électrique pour donner à la composition des caractéristiques antistatiques. Suivant une autre caractéristique, le produit contient de la 2,2,4-triméthyl-f,2-dihydroquinoléine polymérisée pour améliorer la tenue à la chaleur sans être entraSnée par le fluide susceptible de provoquer ltextraction de la matière. La présente invention sera décrite plus en détails à l'aide de deux exemples de réalisation donnes dans le tableau ci-après : Tableau 1 Exemple l Exemple 2 grammes grammes NORDEL 1440 65 NORDEL 2722 - 65 NORDEL 1320 35 35 STERLING SO (N 550) 60 70 REGAL SRF 30 40 NOIR CABOT X C 72 10 10 EXTRUS IL 60 70 SUNPAR 2280 25 30 OXYDE DE ZINC ACTIF 1,5 1,5 ACIDE STEARIQUE 2 2 STRUKTOL SU 95 1,25 1,25 VULCAFOR ZMBT 2,4 2,4 EKAGOM DTET 0,8 0,8 VULCAFOR TMTD 0,8 0,8 PERMANAX TQ 1,5 1,5 SILANE ST 69 1,5 1,5 Selon exemple 1, 1tEFDM utilisé est un mélange de Nordel 1440 et de Nordel 1320, tous deux fabriqués par la Société DUPONT. Le Nordel 1440 est un EPDM à basse viscosité nécessitant l'adjonction d'une faible quantité de plastifiant. Le Nordel 1320 facilite l'extrusion du mélange. Il est intéressant de réduire autant que possible lladjonction de plastifiant car le plastifiant est peu stable au vieillissement. Les charges peuvent être des noirs de carbone et de la silice ou toute charge organique ou minérale adaptée au dispositif de vulcanisation, donnant a' l'élastomère les propriétés mécaniques de résistance à la rupture supérieures ou égales à Il MPA pour des duretés comprises entre 65 et 95 degrés DIDC (duite internationale des caoutchoucs). Selon exemple le noir de carbone ajouté à la composition comprend une partie qui constitue une charge et une autre partie qui présente un effet électrique. Les trois types de noirs de carbone utilisés sont tous fabriqués par la Société CABOT. Le noir de carbone Sterling SO (N 550) facilite ltextrusion et renforce les caractéristiques mécaniques tout en filtrant le rayonnement ultraviolet de façon que ce rayonnement attaque moins ltEPDM. Le noir de carbone Régal SRF est un noir de carbone semi-renforçant donnant à la composition moins de dureté que le noir de carbone ci-dessus, c'est-à-dire plus de souplesse. Enfin, le Noir Cabot X C 72 est destiné à améliorer la conductibilité électrique, c'est-à-dire les caractéristiques antistatiques de la composition. L'Extrusil fabriqué par la Société DEGUSSA est une silice précipitée. Cet adjuvant facilite l'extrusion de la masse et, ce qui est plus important, donne à la composition un faible pouvoir absorbant pour l'eau, pour éviter la formation d'une matière en forme d'éponge après vulcanisation. Dans le cas d'une vulcanisation selon un procédé haute fréquence UHR, on évite l'addition d'extrusif qui donnerait une structure en éponge. Le SUNPAR 2280 est un plastifiant compatible avec 1'EPDM, présentant de bonnes qualités compatibles avec l'usage alimentaire. Le système de vulcanisation est à base de thiurame et de carbamate combinés avec du soufre ou des donneurs de soufre ou tout autre dispositif de vulcanisation en procédant par un pontage carbone-carbone entre les liaisons macromoléculaires. Le système de vulcanisation de l'exemple est constitué par de l'oxyde de zinc actif, du STRUKTOL SU 95, du VULCAFOR ZMBT et de 1'EKAGOM DTET. L'oxyde de zinc est de préférence de l'oxyde de zinc actif (par exemple fabriqué par la Société Bayer) ce qui permet de réduire la quantité d'oxyde de zinc ajoutée à la composition et d'arriver à un produit moins toxique. Le produit STRUKTOL SU 95 (marque) fournit le soufre. Le VULCAFOR ZMBT (mercapto-benzo-thiazolate de zinc) fabriqué par la Société Vulnax, est un accélérateur de vulcanisation et un donneur de soufre naissant. L'acide stéarique fabriqué, par exemple, par la Stéarinerie Dubois, active la vulcanisation en combinaison avec ltoxyde de zinc. L'EKAGOM DTET (disulfure de tétra-éthyl-thiurame) est fabriqué par la Société Ugine Kuhlmann. Pour améliorer la tenue à la chaleur, on ajoute du VULCAFOR TMTD (disulfure de tétra-méthyl-thiurame) également fabriqué par la Société Vulnax. La tenue à la chaleur est améliorée par l'addition de PERMANAX TQ fabriqué par la Société Vulnax ; ce produit est de la 2,2,4-triméthyl-i,2,dihydroquinoléine polymérisée qui améliore la tenue à la chaleur et ntest pas entratné par le fluide en contact avec la composition, c'est-à-dire réduit la toxicité. Enfin, pour améliorer le couplage entre la silice et ltEPDM, on ajoute du SILANE ST 69. Ltexemple 2 se distingue de l'exemple l par le remplacement de lwEPDM sous sa forme NORDEL 1440 par de ltEPDM sous sa forme NORDEL 2722 également fabriqué par la Société DUPONT. Ce produit se distingue du précédent par une différence de dureté ; le second produit est plus dur que le premier. Comme agent de couplage on a utilisé dans cet exemple un agent de type silane ; on pourrait toutefois utiliser également des agents de couplage de type polyglycol, des amines aliphatiques ou des combinaisons aromatiques susceptibles de créer des liaisons physico-chimiques entre la chatge minérale et ltélastomère. Les résultats des essais mécaniques du produit sont consignés dans le tableau NO 2 ci-après Tableau N 2 2G11 2G12 RHEOMETRE A 1600C (NF T 43.015) temps de grillage : minutes et secondes 2 2,15 T'C90 en minutes et secondes 13 12 et 30 temps de réversion : minutes 50 40 VULCANISATION A 160 C temps de cuisson en autoclave 35 minutes 35 minutes PROPRIETES MECANIQUES PO PAV PO PAV contrainte à la rupture (M.P.a) 12,9 13,6 11,7 12,8 allongement à la rupture, % 220 140 135 100 module à 100 % MPa 8,2 11 10 12,9 dureté DIDC 79 85,5 ! 91,5 93 ESSAIS SOUS PRESSION HYDRAULIQUE VARIATIONS DIMENSIONNELLES SOUS DEUX BARS à 100 C tubes : # 6 x 12 # + 1/10è de mm + 1/10è de m # 6 x 16 néant néant # variation du diamètre extérieur ESSAIS D'ECLATEMENT A 100 C tubes 6 x 12 > 10 bars > 10 bars tubes 6 x 16 > 10 bars > 10 bars VARIATIONS DIMENSIONNELLES MESUREES APRES 45 MINUTES A 100 C # 6 x 12 + 1/10è de mm + 1/10è de m # 6 x 16 + 2/10è de mm + 2/10è de nu PO : Propriétés à l'état d'origine PAV : Propriétés après vieillissement de 14 jours à 100 C. Le produit selon l'invention s'utilise avantageusement pour la fabrication du tube de l'échangeur de chaleur d'un capteur solaire, ce tube étant traversé par l'eau potable ou l'eau sanitaire pour être réchauffée ou, le cas échéant, être refroidie. Les essais faits sur des prototypes ont montré l'excellente tenue du tube dans les conditions de température, de pression d'insolation, etc. extrêmes. REVENDICATIONS 1) Produit notamment pour réaliser un échangeur de chaleur dtun capteur solaire, destiné à fournir de liteau alimentaire ou de lfeau de consommation à une température donnée, produit caractérisé en ce qutil est constitué par un mélange comprenant de l'éthylène propylène diène monomère (EPDM), du noir de carbone, une silice précipitée, ou une autre charge minérale renforçante, un plastifiant compatible avec 1'EPDM, un système de vulcanisation, et un agent de couplage pour la silice ou la charge minérale et 1'EPDM. 2) Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil contient du disulfure de tétra-éthyl-thiurame ou du du sulfure de tétra-méthyl-thiurame pour accélérer la vulcanisation et donner du soufre naissant. 3) Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge renforçante est constituée par la combinaison de noirs de carbone destinée â renforcer les caractéristiques mécaniques et 1'effet du filtre pour les rayons ultraviolets et, d'autre part, du noir de carbone améliorant la conductibilité électrique pour donner à la composition des caractéristiques antistatiques. 4) Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient de la 2,2,4 triméthyl-1,2-dihydroquinoléine polymérisée pour améliorer la tenue à la chaleur sans être entranée par le fluide susceptible de provoquer l'extraction de la matière.