Brevet FR2512035A1 — publié le 19830304

Produit fini ou semi-fini en matière syntntiaue à fonction thermique ou électrotechnique et son proc de fabrication. La présente invention est relative à un produit fini ou semi-fini en matière synthétique, en particulier en polyéthylène de haute densité (HPDE) à fonction thermique ou électrotechnique. En technique thermique, il existe un besoin important toujours croissant en échangeurs de chaleur de toutes sortes. En particulier, on utilise à grande échelle dans l'industrie chimique et pharmaceutique des échangeurs de chaleur à faisceaux de tubes de type fermé ou ouvert pour l'échange thermique liquide-liquide en raison de leurs avantages et de leur aptitude à l'utilisation quasi universelle (cf. VDI-Wärmeatlas 1953-p.1)- Des échangeurs de chaleur efficaces, en particulier à faisceaux de tubes, sont cependant aussi nécessaires dans beaucoup d'autres domaines de l'industrie ctest-à-dire,partout là où se déroulent des processus de refroidissement et de chauffage indirects. L'utilisation économique de la chaleur a fait naître un nouveau domaine d'application de ces échangeurs de chaleur. Les pompes à chaleur qui se rencontrent de plus en plus et principalement dans la construction privée exigent comme collecteurs ou capteurs de chaleur des systèmes de tubes conçus comme échangeurs de chaleur eau-eau, air-eau ou sol-eau. La résistance à la corrosion joue un rôle déterminant dans le choix du matériau constitutif des tuyaux de ces échangeurs de chaleur. En ce qui concerne la conduction de la chaleur, les matériaux cuivre et aluminium sont certes idéaux mais ils ne résistent à -la corrosion qu a l'égard d'un nombre limité d'agents qui entrent en ligne de compte principalement dans l'industrie chimique pour l'échange de la chaleur. Vis-à-vis d'un nombre relativement important d'autres agents, les aciers au chrome-nickel (qualité V4A) sont résistants à la corrosion et ceux-ci sont dès lors aussi devenus des matériaux standards pour l'industrie chimique. Toutefois pour les sollicitations extrêmement corrosives, même ces matériaux ne suffisent plus. Dans ce cas, on met en oeuvre des aciers alliés à du titane ou bien l'on utilise des échangeurs de chaleur à faisceaux de tubes en verre jusqu'à des valeurs de pression déterminées. Le prix (les aciers au chromenickel et à plus forte raison les aciers alliés au titane sont des matériaux très coûteux) joue un rôle bien moins important que les propriétés du matériau dans le choix des matériaux premiers appropriés.Il s'agit ici surtout à côté de la résistance à la corrosion, principalement de la conductibilité thermique laquelle, comme on le sait, détermine largement avec les coèfficients de transmission thermique, le passage de la chaleur et partant la conductibilité de l'échangeur de chaleur. Les valeurs de conductibilité thermique t des matériaux mis en oeuvre pour les faisceaux de tubes des échangeurs de chaleur sont par exemple les suivantes: /t 0 C Kcal/mhK Kcal/mhK Kcal/mhK Cuivre (pur) 330 - 320 Aluminium (pur) 200 - 200 Acier Cr-Ni 14 - 16 Acier Ti-Cr-Nî 10 - 10 Verre 1,15 - 1,4 Polyéthylène haute densité (HDPE) 0,44 0,265 0,265 On constate qu'en utilisant des tubes en verre on se trouve en présence d'une conductibilité thermique extrêmement basse pour une résistance à la corrosion des plus larges et pour un prix de produit semi-fini fort bas. Si pour les échangeurs de chaleur à faisceaux de tubes on mettait en oeuvre des tubes en polyéthylène de haute densité, ceux-ci auraient en comparaison des tubes en verre, les avantages suivants L'inconvénient majeur est, comme le montre le tableau, la conductibilité calorifique encore plus basse.Des avantages des tubes de HDPE résident dans le prix de revient des tubes certainement encore plus bas au point de vue du matériau et de la technique de fabrication, leur aptitude d'utilisation universelle ainsi qu'au point de vue résistance à la corrosion et domaine d'utilisation (les tubes de pression en HDPE peuvent être fabriqués jusqu'à 64 bar) et en raison de leur meilleure aptitude à se laisser travailler (les tubes en HDPE se laissent plier, souder ou incorporer par soudage entre eux ou à des fonds ou des parois en HDPE, c'est-à-dire qu'il ne faut aucun bourrage ni joint mécanique).En outre, les faisceaux de tubes en HDPE se laissent aussi garnir de lamelles de HDPE par soudage ce qui est avantageux pour l'amélioration des propriétés d'échange thermique, car les lamelles de façon connue augmentent considérablement la transmission thermique (cf. VDI-Wärmeatlas 1963 Mb 1). Les tubes en HDPE constitueraient ainsi un produit semi-fini de départ idéal pour les échangeurs de chaleur à faisceaux de tubes, s'ils possédaient une conductibilité calorifique nettement plus élevée. La présente invention a pour but l'amélioration des fonctions thermiques et électrotechniques du matériau synthétique en particulier du HDPE. L'invention a donc pour objet un produit fini ou semi-fini en matière synthétique, en particulier polyéthylène de haute densité (HDPE) à fonction thermique et électrotechnique, qui est caractérisé en ce que la matière synthétique contient une matière de charge ou de remplissage conductrice de la chaleur et/ou de l'électricité, avantageusement une poudre ou un granulat de métal en une quantité suffisante pour améliorer la conduction de la chaleur et/ou de l'électricité. Le produit fini ou semi-fini selon l'inven tion se présente en particulier sous forme d'eléments d'échangeur thermique tels que des plaques ou des tubes par exemple les tubes pour échangeurs à faisceaux de tubes et les profilés en forme de plaques pour échangeurs de chaleur à plaques. Comme matière de remplissage, on utilise de préférence un métal de grande conductibilité thermique en particulier le cuivre et/ou l'aluminium en poudre ou en granulat. En fonction des besoins, la part (concentration) de la poudre métallique dans la matière synthétique se situe entre 1 et 50 t en volume. La conductibilité thermique du produit fini ou semi-fini doté dtune charge augmente en fonction du pourcentage de la charge ajoutée. Lorsque la concen tration de la charge augmente, la résistance au vieil lissement à vrai dire diminue et certaines propriétés mécaniques de la matière synthétique telles que la résistance permanente empirent. Etant donné cependant que de faibles fractions de charge de remplissage conductrices suffisent déjà pour augmenter relativement la conductibilité thermique, les propriétés de résistance permanente qui subsistent suffisent pleinement pour les cas d'application qui se présentent. Fondamentalement toute matière synthétique thermoplastique ou duroplastique peut être chargée ou dotée d'une matière de remplissage conductrice de la chaleur, pour autant qu'elle se laisse transformer en produit fini ou semi-fini en éléments séparés ou con tinus (sans fin) à fonction thermique. Comme déjà mentionné, le produit fini ou semi-fini selon l'invention a non seulement une fonction thermique mais également une fonction électrotechnique. On sait que toutes les matières synthétiques sont de plus ou moins bons isolants électriques. Le produit fini ou semi-fini chargé ou doté de la matière conductrice selon l'invention a cependant egalement une conductibilité électrique qui de nouveau est essentiellement fonction de la concentration des particules métalliques de remplissage. Les matières thermoplastiques ainsi que les matières duroplastiques peuvent être dotées des matières de charge conductrices de l'électricité. En dotant d'une poudre métallique la matière synthétique, on obtient une matière électriquement semiconductrice qui par exemple lorsqu'elle est appliquée comme couche extérieure d'enveloppe de câbles électriques exerce un effet d'écran protecteur. Il nty a fondamentalement aucune limitation en ce qui concerne les procédés de fabrication et les appareillages de fabrication. Autrement dit tous les procédés et appareils de fabrication de produits finis ou semi-finis thermoplastiques ou duroplastiques peuvent être utilisés pour une dotation à l'aide de poudres ou granulats de charges conductrices. L'invention a donc pour objet, de manière tout à fait générale, également un procédé de fabrication de produits finis ou semi-finis en matière synthétique, caractérisé en ce qu'on dote la matière synthétique d'une charge conductrice de la chaleur et/ou de l'électricité, de préférence une poudre métallique ou un granulat métallique en une quantité suffisante pour améliorer la conductibilité calorifique et/ou la conductibilité électrique, et on transforme ou façonne la matière synthétique ainsi dotée en un produit fini ou semi-fini. Comme procédés particulièrement appropriés pour la fabrication du produit fini ou semi-fini selon l'invention, il v a le procédé d'extrusion et le moulage par injection. La dotation du mélange de matériaux à travailler selon ce procédé et avec des appareils appropriés, dotation à l'aide de poudre métallique, de préférence cuivre et/ou aluminium, en poudre ou en granulat, peut se faire de la façon suivante On mélange la poudre de matière synthétique comme constituant principal du mélange de travail par charges avec de la poudre de métal et éventuellement d'autres additifs pour constituer le mélange de travail prêt et on dose celui-ci ensuite continuellement dans la zone de chargement d'une extrudeuse ou d'une vis transporteuse d'un appareil de moulage par injection. De préférence, on effectue le mélange de la poudre de matière synthétique avec la poudre métallique dans un mélangeur à grande capacité et à grande vitesse. On peut cependant aussi amener en continu une poudre métallique pouvant être rendue fluide avec tous les autres constituants du mélange dans un petit mélangeur disposé de façon stationnaire au-dessus d'une zone de chargement à vis sans fin, opérer le mélange à cet endroit et transporter le mélange dans la zone d'alimentation d'une extrudeuse ou d'une vis transporteuse d'un appareil de moulage par injection. On peut encore aussi amener en quantité dosée un mélange de matière synthétique et de poudre métallique par une vis de dosage, sous forme d'agglomérat dans la zone d'agglomération de l'extrudeuse principale ou de la vis transporteuse d'un appareil de moulage par injection, de façon continue et à cet endroit, mélanger le mélange aggloméré avec l'agglomérat de matière synthétique non dotée et contenant éventuellement d'autres additifs (extrusion dite "double" ou "en tandem"). REVENDICATIONS 1. Produit fini ou semi-fini en matière synthétique, en particulier en polyéthylène de haute densité (HDPE) à fonction thermique et/ou électrotechnique, caractérisé en ce que la matière synthétique contient une matière de charge ou de remplissage conductrice de la chaleur et/ou de l'électricité, de préférence une poudre métallique ou un granulat métallique en une quantité suffisante pour l'amélioration de la conductibilité thermique et/ou électrique. 2. Produit fini ou semi-fini selon la revendication 1, sous la forme d'éléments d'échangeur de chaleur en forme de plaques ou de tubes, comme par exemple des tuyaux, des tiges, des profilés à nervures ou en plaques pour échangeurs et/ou collecteurs de chaleur. 3. Produit fini ou semi-fini selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il contient de la poudre de cuivre et/ou d'aluminium en tant que charge. 4. Produit fini ou semi-fini selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en. ce que, selon les besoins, la proportion de la poudre métallique dans la matière synthétique est comprise entre 1 et 50 t en volume. 5. Procédé de fabrication de produits finis ou semi-finis en matière synthétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on dote la matière synthétique d'une charge conductrice de la chaleur et/ou de l'électricité, de préférence une poudre ou un granulat métallique en une quantité suffisante pour l'amélioration de la conductibilité thermique et/ou électrique et on transforme ou façonne la matière synthétique ainsi dotée en un produit fini ou semi-ìni. 6. Procédé selon la revendication 5-, caractérisé en ce qu'on ajoute comme charge du cuivre et/ou de l'aluminium en poudre ou en granulant. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'on mélange la poudre de matière synthétique comme constituant principal du mélange à travailler par charges avec la poudre métallique et éventuellement d'autres additifs pour obtenir le mélange prêt et on amène celui-ci en continu de façon dosee à la zone de chargement d'une extrudeuse ou d'une vis transporteuse d'un appareil de moulage par injection. 8. Procédé selon la revendication 7,caracte- risé en ce qu'on effectue le mélange de la poudre de matière synthétique avec la poudre métallique dans un mélangeur à grande capacité et à grande vitesse. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'on amène en continu et de façon dosée une poudre métallique susceptible d'être rendue fluide avec tous les autres constituants du mélange dans un petit mélangeur disposé de façon stationnaire au-dessus d'une zone de chargement à vis transporteuse, on opère le mélange à cet endroit et on transporte le mélange ainsi obtenu à la zone de chargement d'une extrudeuse ou d'une vis transporteuse d'un appareil de moulage par injection. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'on amène en continu et de façon dosée un mélange de matière synthétique et de poudre métallique par une vis doseuse sous forme d'agglomérat à la zone d'agglomération de l'extrudeuse principale ou d'un appareil de moulage par injection et on le mélange à cet endroit avec l'agglomérat de matière synthétique non dotée contenant éventuellement d'autres additifs.