Brevet FR2535430A1 — publié le 19840504

25354)O L'invention concerne un joint d'étanchéité plat, notammnent un joint de culasse, ainsi qu'un procédé en vue de la fabrication d'un tel joint. La fabrication des joints de culasse s'effectue traditionnellement de la manière décrite ci-après Des plaques en matériau tendre non métallique, réalisées à l'aide de caoutchouc synthétique mélangé à des fibres d'amiante, sont appliquées par cylindrage sur les deux faces d'une tôle porteuse Puis, pour obtenir une parfaite étanchéité transversale et pour améliorer la résis- tance aux agents de refroidissement et de graissage, ces plaques ainsi enrobé sont imbibées d'un agent d'imprégnation après que les ouvertures ménagées pour les chambres de combustion ont été préalablement dotées d'un rebord métallique De plus, les faces extérieures du joint de culasse sont enrobées d'une couche superficielle en vue d'améliorer la microétanchéité à la surface du joint et d'éliminer en même temps la tendance naturelle de l'amiante à coller sur les contre-faces de la culasse et du bloc moteur. La fabrication de ces joints de culasse est non seulement relativenyeni onéreuse, mais présente également des inconvénients non négligeables dans dt nombreux domaines Etant donné que la majeure partie des agents d'imprégna tion imbibant les zones couvertes par les rebords circonférentiels des ouver- tures de passage des chambres de combustion se répercute désavantageuseme: tant sur la durée de vie du matériau tendre non métallique que sur l'étanchéité aux gaz, on fait appel à des méthodes de fabrication de plus en plus compliqué La couche superficielle appliquée sur les faces extérieures en vue d'améliorer la micro-étanchéité, non seulement exige une étape de travail supplémentaire, mais, de plus, provoque des marques, c'est-à-dire des rainures d'usure sur le rebord circonférentiel métallique des ouvertures de passage des chambres de combustion Etant donné que, dans un moteur, le bloc moteur et la culasse se déplacent dans un mouvement relatif l'un par rapport à l'autre, il se produi sur la couche superficielle du rebord circonférentiel, des rainures parallèles au plan du joint de culasse, rainures qui influent défavorablement sur l'étan- chéité aux gaz, dans la zone de l'ouverture ménagée pour le passage des chambres de combustion. Compte tenu des précisions énoncées ci-dessus, il incombe à l'inven- tion de créer des joints d'étanchéité plats qui, comparés aux joints de culasse décrits ci-dessus, sont plus facilement réalisables, tout en offrant une durée de vie plus grande. 2 253543 O Le problème ainsi posé est résolu à l'a'ide de deux agents é)inapré- gnation appliqués successivement, dont l'un, et au moins celui appliqué en premier lieu, non seulement ne provoque aucune perturbation sur le joint, compte tenu de sa plus grande résistance aux hautes températures, notamment sous les rebords métalliques circonférentiels des ouvertures iménagées pour le passage de la chambre de combustion, mais améliore sensiblement la durée de vie du joint et supprime la tendance naturelle de l'amiante à coller sur les contrefaces de la culasse et du bloc moteur, tout en améliorant très nettement la micro-étanchéité à la S urface du joint plat, de manière que l'on puisse sup- primer ainsi toute application supplémentaire d'un revêtement superficiel. Cette idée fondamentale de l'invention est mise en oeuvre en réalisant un joint caractérisé en ce qu'il comprend un premier agent d'imprégnation, constitué d'un premier polysiloxane qui contient des groupes d'hydrogène réac- tifs, provoquant une réaction avec les groupes libres d'OH des fibres et/ou des produits de remplissage, ainsi qu'un deuxième agent d'imprégnation, qui contient un deuxième polysiloxane d'un degré de réticulation plus élevé, provo- quant une auto-réticulation ainsi que la réticulation avec les groupes d'hydro- gène réactifs du premier polysiloxane, et qui forme une structure stable de siloxane avec un nombre de ramifications supérieur à celui du premier siloxane, à la suite de quoi une fraction des fibres et/ou des produits de remplissage atteint la surface de la plaque en matériau tendre non métallique. La réaction du premier agent d'imprégnation avec les groupes libres d'OH des fibres et/ou des produits de remplissage confère des qualités hydro- phobes et auto-adhésives incontestables aux plaques constituées essentiellement de fibres et/ou de produits de remplissage, alors que le deuxième agent d'im- prégnation provoque également la réticulation avec les groupes réactifs du premier de ces agents d'imprégnation, ce qui permet d'obtenir une composition qui confère au joint d'étanchéité plat des qualités optimales, dans les domaines de la rési stance aux hautes températures associées aux sollicitations méca- niques, de l'étanchéité sur le plan transversal, du comportement élastique, de l'assise, de la résistance aux éléments de refroidissement et de graissage, ainsi que du comportement anti-adhésif des surfaces Par ailleurs, le système d'imprégnation défini par l'invention confère aux faces extérieures du joint d'étanchéité plat des qualités de glissement qui empêchent que ce joint, utilisé comme joint de culasse, n'absorbe, dans la zone couverte par celui-ci, les 3 2535430 mouvements relatifs entre la culasse et le bloc moteur. Le joint d'étanchéité défini par l'invention est ainsi caractérisé par l'absence de la couche superficielle appliquée-jusqu'alors. Dans le cas o il s'agit d'un joint de culasse' dont les ouvertures pour le passage de la chambre de combustion comportent un rebord circonférentiel métallique, l'agent d'imprégnation excédentaire est éliminé, c'est-à-dire, tout simplement essuyé avant la réticulation, de manière que les rebords cir- conférentiels, approximativement parallèles au plan du joint d'étanchéité, soient au moins largement propres, afin d'éviter la formation des rainures mentionnées ci-dessus. Comme premier agent d'imprégnation, il est recommandé d'utiliser un polysiloxane dont le poids moléculaire se situe environ entre 2000 et 4500, et plus particulièrement entre environ 3000 et 3500, notamment un méthyl- hydrogenopolysiloxane dont le poids moléculaire se situe dans les mêmes li- mites Cet agent d'imprégnation présente une nette tendance à réagir chimique ment avec les groupes libres d'OH -des fibres d'amiante ou de produits iden- tiques Par ailleurs, ces groupes de produits cités présentent une viscosité relative très faible, ce qui permet de supprimer l'emploi de solvants pour imbiber les plaques en matériau tendre non métallique d'un tel agent d'im- prégnation, et d'éviter ainsi les inconvénients résultant de l'emploi de solvant, qui doivent être éliminés et qui laissent des traces sous forme de micropores. Comme premier agent d'imprégnation, on peut utiliser également d'autres substances appropriées, telles que, par exemple, une huile de silicone pré- sentant des groupes Si-H. Le premier agent d'imprégnation peut être introduit dans la plaque en matériau tendre non métallique soit par immersion, soit par cylindrage, soit par vaporisation Il est en effet apparu qu'en fonction du matériau en fibres d'amiante utilisé, une quantité maximale de 15 qo en poids d'agents d'impré- gnation peut être considérée comme suffisante:De préférence, le premier agent d'imprégnation est appliqué de manière qu'il puisse pénétrer dans la zone des arêtes de coupe de la plaque tant par le dessus que par le dessous et par les cotés, afin que la plaque en matériau tendre non métallique soit beau- coup plus imbibée du premier agent d'imprégnation dans la zone des arêtes de coupe que dans les autres zones L'imbibation des zones des arêtes de coupe peut dépasser de 80 Nô l'imbibation des autres zones de la plaque Cet enri- 4 2 5 ad d 4 3 0 c 1 hissement local par le premier agent dmpr-gat ion a ineon'establement pour effet d'améliorer très sensiblement l'étanchéité du rebord circorentiel aux produits de refroidissement et de graissage, par exemple. En application du procédé défini par l'invention, on surseoit à tout traitement thermique ayant pour but de provoquer la réticulation du premier agent d'imprégnation, ceci pour s'assurer qu' après l'application du deuxième agent d'imprégnation, le premier agent puisse encore provoquer une réaction chimique avec le second. Le deuxième agent d'imprégnation appliqué après le premier contient essentiellement un mélange composé de résines de réticulation bidimension- nelles, voire tridimensionnelles, de polyorganosiloxane, qui ont une tendance de réticulation très prononcée avec les groupes réactifs du premier agent d'imprégnation. Ces mêmes remarques sont valables dans le cas oh le deuxième agent d'imprégnation contient une faible part d'huile de silicone non réactive utilisée soit comme émollient, soit comme antiadhésif Cette huile de silicone est ensuite éliminée par exhalaison pendant le processus d'échauffement du joint d'étanchéité plat, et s'oppose ainsi efficacement à l'adhérence du joint aux contre-surfaces métalliques. En vue d'accélérer le durcissement des polysiloxanes, il est recom- mandé d'utiliser des catalyseurs, tels que des sels d'étain, d'aluminium ou de plomb, voire des organotitanates. Selon un procédé avantageux, en vue de la fabrication du joint d'étan- chéité plat défini par l'invention, la plaque en matériau tendre non métallique, imbibée d'un liant et présentant la ou les ouvertures de passage, est imbibée d'un premier agent d'imprégnation, puis, sans effectuer aucun traitement ther- mique, d'un deuxième agent d'imprégnation, avant d'être soumise finalement à un traitement thermique en vue de provoquer ainsi la réticulation des poly- siloxanes Dans le cas oh il s'agit d'un joint de culasse, on peut, entre l'ap- plication du premier agent d'imprégnation et l'application du deuxième agent d'imprégnation, équiper les ouvertures ménagées dans le joint pour le passage des chambres de combustion d'un rebord circonférentiel métallique, étant donné que le premier agent d'imprégnation, compte tenu de sa grande résis- tance aux hautes températures, n'y provoque aucune gêne Après l'imbibation du joint en matériau tendre non métallique avec le premier agent d'imprégna- tion, ce joint est comprimé à l'aide d'une presse, ce qui permet d'introduire ainsi le premier agent d'imprégnation, encore déformable, dans les cavités subsistantes. En même temps, il se produit, dans la zone couverte par le rebord circonférentiel métallique, une compression du matériau tendre non métalliq telle, que seule une quantité infime, voire pratiquement nulle, du deuxième agent d'imprégnation appliqué ultérieurement, ne puisse être absorbée par le matériau tendre dans la zone enrobée du rebord métallique. En application de l'invention, les quantités excédentaires du deuxièrn agent d'imprégnation sont éliminées mécaniquement avant le traitement ther- mique De préférence, cette élimination s'obtient sous l'effet des cylindres compresseurs d'abord, et par essuyage des joints plats à l'aide de papier, ensuite, de manière qu'à l'issue de ces opérations, ni le métal des rebords circonférentiels, ni les fibres ou le produit de remplissage constituant les faces extérieures du joint ne portent plus aucune couche mesurable du deuxièx agent d'imprégnation. Pour le deuxième agent d'imprégnation, on choisira avantageusement une solution dans laquelle entrent des solvants, tels que le toluène ou le xylèn de préférence. Finalement, après l'élimination du solvant du deuxième agent d'im- prégnation, on procède au traitement thermique du joint d'étanchéité plat, en vue du durcissement des polysiloxanes, traitement pour lequel il est recom- mandé d'exposer pendant 15 minutes le joint ainsi préparé à une température d'environ 1600 C. Les deux agents d'imprégnation sont disponibles à la Société Rhône Poulenc Gmb H, Gutleutstrasse 60, D-6000 Frankfurt Le deuxième agent d'imprégnation est commercialisé sous la référence "Résine 21317 ", ou "Résine 21320 ". Le procédé de fabrication du joint de culasse défini par l'invention est commenté plus amplement en référence au dessin annexé, qui représente schématiquement un mode de mise en oeuvre de ce procédé. Dans une première étape, on applique par cylindrage deux plaques en matériau tendre non métallique 10 sur une tôle porteuse 12, équipée de languettes d'ancrage Dans la plaque d'étanchéité 14 ainsi obtenue, on pra- tique le découpage des ouvertures pour le passage des chambres de combustiox 6 12 faces du joint, avant de placer un anneau de tôle 20 dans l'ouverture de pas- sage des chambres de combustion Cet anneau,comprimé dans la presse 22, constitue un rebord circulaire 24 de l'ouverture de passage Finalement, on applique le deuxième agent d'imprégnation à l'aide d'un pulvérisateur 28 Pour éviter la formation d'une couche superficielle, l'agent d'imprégnation excé- dentaire est éliminé tant des deux faces de la plaque d'étanchéité que du rebord 24, à l'aide de rouleaux en feutre ou à l'aide d'un papier buvard, etc, avant de diriger la plaque d'étanchéité ainsi préparée dans un dispositif de chauffage , en vue du durcissement des agents d'imprégnation. on * 2535430 REVENDICATIONS 1 Joint d'étanchéité plat, tel que, notamment, joint de culasse, qui comporte une plaque au moins en matériau tendre non métallique, avec une ouverture de passage au moins, constituée essentiellement de fibres et/ou de matériaux de remplissage d'origine minérale liés par un agent liant approprié et présentant des groupes libres OH, notamment de fibres d'amiante, et qui, pour améliorer l'étanchéité, et-a fortiori la résistance,de la plaque en maté- riau tendre non métallique aux différents fluides à canaliser, est imbibée d'agents d'imprégnation polymères, ce joint d'étanchéité étant caractérisé pa un premier agent d'imprégnation, constitué d'un premier polysiloxane qui con tient des groupes d'hydrogène réactifs provoquant une réaction avec les grour libres d'OH des fibres et/ou des produits de remplissage, ainsi que par un deuxième agent d'imprégnation qui contient un deuxième polysiloxane d'un deg: de réticulation plus élevé, provoquant une auto-réticulation ainsi que la réti- culation avec les groupes d'hydrogène réactifs du premier polysiloxane, et qui forme une structure stable de siloxané avec un nombre de ramifications supérieur à celui du premier siloxane, à la suite de quoi une fraction des fibres et/ou des produits de remplissage atteint fa surface de la plaque en matériau tendre non métallique. 2 Joint de culasse selon la revendication 1, dont l'ouverture pour lh passage des chambres de combustion présente un rebord circonférentiel mé- tallique, caractérisé en ce que les surfaces extérieures du rebord circonfé- rentiel, qui sont approximativement parallèles au plan du joint d'étanchéité, présentent une surface propre d'un éclat métallique incontestable. 3 Joint d'étanchéité selon l'une des revendications 1 ou 2, caracté- risé en ce que le poids moléculaire du premier polysiloxane se situe entre 2000 et 4500, et de préférence entre 3000 et 3500. 4 Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier polysiloxane est soit un méthyhydro- génopolysiloxane, soit une huile de silicone présentant des groupes Si-H. Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque en matériau tendre non métallique con- tient entre environ deux et quinze pour cent en poids du premier polysiloxane, 6 Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plaque -en matériau tendre non métallique con- 553543 i tient entre environ deux à quinze pour cent en polds du deuxi 1 ne polysiloxane. 7 Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans les aretes de coupe, la plaque en matériau tendre non métallique comporte une-part du premier polysiloxane beaucoup plus importante que dans les autres zones. 8 Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le deuxième agent d'imprégnation contient un mé- lange de deux résines de polyorganosiloxane bi et tridimensionnelles provoquant la réticulation. 9 Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le deuxième agent d'imprégnation comporte une faible part d'huile de silicone non réactive, agissant comme émollient et comme agent anti adhésif. Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'en vue d'accélérer le durcissement du deuxième polysiloxane, le deuxième agent d'imprégnation contient un catalyseur. 1 l Joint d'étanchéité plat selon la revendication 10, caractérisé en ce que le catalyseur est constitué d'un sel d'étain, d'aluminium ou de plomb, ou encore d'un organotitanite. 12 Joint d'étanchéité plat selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que la part de catalyseur contenue dans le deuxième agent d 'imprégnation se situe entre 3 et 22 pour cent en poids, rapportée à la résine dure. 13 Procédé en vue de la fabrication d'un joint de culasse selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la plaque en maté- riau tendre non métallique imbibée d'agents liants et garnie d'ouvertures de passage est imbibée du premier agent d'imprégnation, puis équipée,à la hauteur des ouvertures de passage, d'un rebord circonférentiel métallique, après quoi la plaque en matériau tendre non métallique est comprimée, et le premier agent d'imprégnation encore à l'état déformable pressé dans les cavités éventuelle- ment subsistantes, en ce que la plaque en matériau tendre non métallique est ensuite imbibée du deuxième agent d'imprégnation, puis essuyée mécanique- ment en vue d'éliminer les quantités excédentaires du deuxième agent d'impré- gnation, de manière que la face extérieure du rebord circonférentiel se trouve pratiquement dégarnie de l'agent d'imprégnation, et en ce que, finalement, le 9 2535430 joint d'étanchéité est soumis à un traitement thermique en vue de provoquer la réticulation de S polysiloxane s. 14 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le pre. mier agent d'imprégnation est introduit dans la plaque en matériau tendre non métallique sans l'aide d'aucun solvant. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que la plaque en matériau tendre non métallique est comprimée, à la hautei des rebords circonférentiels, avec une force telle que, lors de l'imbibation ultérieure avec le deuxième agent d'imprégnation, celui-ci ne puisse pénétrer que très faiblement dans la zone couverte par ce rebord circonférentiel. 16 Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 et 15, caractérisé en ce que le deuxième polysiloxane est introduit dans la plaque en matériau tendre non métallique sous forme d'une solution dissoute de préfé- rence dans du toluène ou dans du xylène. 17 Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'on utilise une solution variant de 20 à 40 % en poids, et de préférence une solu- tion d'environ 30 Nô en poids. 18 Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, carat térisé en ce que, en vue de la réticulation des polysiloxanes, la plaque en mat riau tendre non métallique subit un traitement thermique à des températures variant entre 150 et 1800 C, et de préférence à une température d'environ 160 19 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que, lors de l'élimination mécanique de la fraction excédentaire du deuxième agent d'im prégnation, celui-ci est éliminé également des faces de la plaque en matériau tendre non métallique, de manière que les fibres et/ou les produits de rem- plissage constituant les faces extérieures de cette plaque ne portent plus au- cune couche mesurable de ce deuxième agent d'imprégnation,