Brevet FR2594744A1 — publié le 19870828

Procédé pour la fabrication de pièces moulées, étirées, poreuses ". L'invention concerne un procédé pour la fabrication de pièces moulées, étirées, poreuses, en particulier de bandes, feuilles, profilés, pleins ou creux, en polymères fluorés, tels que le polytétrafluoréthylène dans lequel le polymère, seul ou sous la forme de polymère mixte, qui ne peut pas être façonné à partir de sa forme de masse en fusion est compacté en poudre avec l'aide d'un lubrifiant et façonné en un corps moulé (extruction en pâte): le lubrifiant est ensuite éliminé, la pièce moulée est étirée et l'on fritte le polymère. I1 est déjà connu (brevet allemand 24 17 901) que, pour fabriquer des pièces moulées poreuses à partir d'un polymère tétrafluoré, on peut étirer ou allonger la pièce moulée préparée par extrusion en pâte, apres en avoir éliminé le lubrifiant, avec une vitesse de plus de 2 000 % par seconde, la pièce moulée étant allongée, dans le dispositif d'étirage, de plus de 50 fois sa longueur primitive. L'allongement ou l'étirage de la pièce moulée doit être effectué dans une plage de tempé- rature de l'ordre de 35 à 3270C, afin d'augmenter sensi- blement la résistance à la traction avec diminution simul- tanée de la densité. Pour arriver à ce résultat, il est considéré que la vitesse d'étirage, en combinaison avec une température déterminée, sont des facteurs déterminants. -94744 Abstraction faite de ce que le pro- cédé connu soulève des problèmes en raison de l'importan- ce des chiffres d'étirage par seconde au.point de vue des techniques de fabrication, les domaines d'utilisation des pièces moulées fabriquées par ce procédé connu sont limités. Ainsi, par exemple, des rubans ou feuilles qui ont été soumis à une vitesse d'étirage de plus de 2 000 % par seconde conviennent mal pour être utilisés comme feuilles de séparation ou de glissement dans la construc- tion, par couches, de câbles ou conducteurs électriques. En effet, les bandes ou feuilles propres à cet usage doivent pouvoir s'adapter de façon à suivre les mouvements du câble ou du conducteur, mais ils doivent aussi ne pas affecter de façon notable la flexibilité du câble ou du conducteur à l'état enroulé, ni donner lieu à des pliages dits "knitterfalten", quand le câble ou le conducteur sont posés avec de faibles rayons de courbes. Des bandes adaptables sont déjà con- nues (DE-OS 2 028 393) dans le but particulier de rendre étanches des liaisons par vis ou autres de ce genre. Ces bandes, ou aussi ces feuilles, sont faites de polymérisats de tétrafluoréthylène, ils ne sont pas frittés et sont étirés ou allongés dans le sens de leur longueur afin de pouvoir arriver au résultat cherché avec une faible quan- tité de matière polymère, sans compromettre l'aptitude à l'étanchéité des bandes connues. Pour les travaux élec- triques, ces bandes conviennent mal, entre autres, elles ne présentent pas non plus la résistance à la traction qui est nécessaire pour enrouler la bande, au besoin, sur un câble ou un conducteur, un câble à faisceau tubulaire ou un conducteur tubulaire sans déformation de la bande. Partant de cet état actuel de la technique, l'invention a pour objet d'offrir une possi- bilité de fabriquer par des moyens simples de technique de fabrication, des pièces moulées poreuses, qui confè- rent aux polymères fluorés de nouveaux domaines avanta- geux d'utilisation. Ce résultat est obtenu, suivant l'invention, grâce à un procédé caractérisé en ce que, dans une première étape, on élimine par séchage le lubri- fiant pendant le passage du corps moulé, et dans une se- conde étape qui suit aussitôt, ce corps moulé est étiré, dans le sens de son passage, à une température de l'or- dre au moins de la température de fusion des cristalli- tés du polymère dont-il s'agit, le polymère étant fritté pratiquement en même temps que la pièce moulée est étirée dans le sens de l'extraction. L'invention repose sur cette notion que l'on peut obtenir, dans des pièces moulées à base de polymères fluorés, des résistances élevées à la traction même avec de faibles taux d'allongement ou d'étirage si les opérations d'étirage et d'allongement de la pièce moulée et de frittage de la matière polymère s'effectuent pratiquement en même temps. De cette façon, il est toute- fois donné la possibilité de conférer à la pièce moulée, par exemple une bande ou une feuille; au moyen du trai- tement mécanique exécuté en même temps que l'opération de frittage, des propriétés différentes dans le sens du passage de la pièce moulée, et perpendiculairement à ce sens. Dans ce contexte, il est particulière- ment avantageux qu'au cours du frittage, la pièce moulée soit étendue ou étirée dans le sens de l'extraction. Des feuilles ou bandes, par exemple, fabriquées de cette façon, se prêtent surtout à être enroulées sur des objets allongés souples, tels que des câbles ou conducteurs électriques, car ils épousent sans problème la forme du support qui s'offre, et ne gênent que d'une façon insi- gnifiante, si même ils le font, la souplesse du produit final en raison de l'abolition de la stabilité transver- sale, et empêchent les détériorations qui pourraient être causées par un rebroussement des bords de la bande ou par un pli. Si, en différant ainsi de cet exem- ple de réalisation, il s'agit plutôt d'obtenir une cer- taine stabilité transversale de la bande et si la résis- tance à la traction dans le sens axial de la pièce mou- lée ne Joue pas le rôle principal, il peut être avanta- geux d'étirer une bande de polymère fluoré, pendant son chauffage au-dessus de la température de fusion des cris- tallites de cette matière, perpendiculairement à la di- rection d'extraction, ou même, suivant une autre concep- tion de l'invention, d'entreprendre un étirage ou allon- gement biaxial, c'est-à-dire dans le sens de l'axe et perpendiculairement à lui. L'invention permet ainsi, d'une façon simple d'obtenir aussi, par des moyens sim- ples, même avec de faibles taux d'étirage et d'allonge- ment, des pièces moulées qui suffisent largement pour répondre aux exigences posées dans les différents domai- nes d'utilisation. Contrairement aux dispositions con- nues qui prévoient un chauffage de détente (DE-OS 2 028 393) à une température inférieure à 342 C, donc, de toute façon, inférieure au point de fusion du polymère non-fritté, une opération de frittage est nécessaire dans le procédé selon l'invention. Dans l'exécution du procédé suivant l'invention, la plage de température se situera au-dessus de 342 C, notamment entre 380 et 1 0000C. Le séchage de la pièce moulée fabri- quée par l'extrusion en pâte s'effectue, suivant l'in- vention, au passage et de toute façon séparément de l'étape subséquente d'étirage et de frittage simultanés. Le séchage s'effectue, dans la réalisation du procédé, à des températures entre 150 et 320 C, de préférence en- tre 200 et 3000 C. De cette façon, il est maintenu un 2594?44 écart suffisant avec le point d'auto-inflammation du lubrifiant courant aujourd'hui, qui est situé entre 350 et 400 C. En particulier, s'il s'agit, dans le produit moulé suivant l'invention, d'une pièce moulée en forme de ruban ou de feuille, l'étirage se fera, sui- vant une autre conception de l'invention, de préférence jusqu'à 2 000 % ou mieux entre 100 et 1000 %, dans le sens de la sortie de la pièce moulée. Il est obtenu ainsi, par exemple, une qualité de ruban qui convient particulièrement pour être mis en oeuvre sur des objets allongés flexibles. Des rubans ou feuilles de ce genre présentent, à l'état étiré et fritté, un poids spécifi- que de 0,2 à 1,3 g/cm3. On fera appel aussi évidemment à des rapports d'étirage appropriés, aussi pour le traite- ment mécanique des pièces moulées pendant l'opération de frittage, qui se fera perpendiculairement à l'axe ou à la direction du passage, quand les exigences au point de vue des propriétés exigées pour le produit final le rendront nécessaire. Comme il a déjà été indiqué, il s'agit, pour des produits déterminés tels que des objets allongés flexibles que, si on y enroule un ruban ou une feuille de matière, toujours dans le but indiqué, le ruban ou la feuille ne présentent pas les mêmes valeurs de résistance dans le sens axial et dans le sens trans- versal. Comme le rapport entre les résistances à la trac- tion dans le sens de l'étirage du ruban ou de la feuille, et perpendiculairement à ce sens, peut se monter suivant l'invention à 10 à 50: 1, ces rubans ou feuilles se mon- trent supérieurs pour les buts d'utilisation particuliers et pour des cas qui s'en rapprochent, à toutes les réa- lisations conques. Par le terme "réalisations connues", il faut comprendre, dans ce contexte, non seulement les feuilles étirées connues à base de polymères fluorés, mais aussi d'autres rubans et feuilles à base de polymè- res qui s'offrent à la mise en oeuvre. Ainsi, il est utilisé depuis longtemps dans l'industrie électrique dans des utilisations très différentes, par exemple aussi com- me isolants, des feuilles sous forme de bandes à base de polyesters linéaires, telles celles utilisées générale- ment sous la désignation commerciale de "Hostophan". Ces feuilles servant aussi, toutefois, dans la technique des câbles ou conducteurs, pour séparer différentes couches, que ce soit, par exemple, pour arrêter une migration de parties constituantes volatiles (plastifiant) ou pour assurer un déplacement mécanique de couches différentes du câble ou du conducteur, l'une par rapport à l'autre, si les forces de traction ou de refoulement qui agissent lors de l'enroulement ou du déroulement du câble ou du conducteur rendent cette précaution judicieuse. L'incon- vénient de ces feuilles connues réside dans leur faible aptitude à s'adapter au cours de l'opération d'enroule- ment, ainsi que dans le fait qu'elles affectent la fle- xibilité du câble enveloppé par enroulement d'une de ces feuilles en raison de la rigidité relativement élevée de la matière de la feuille. Spécialement pour la mise en oeuvre sous la forme de feuilles de glissement dans des objets allongés particulièrement flexibles, il s'est avéré avan- tageux, suivant un perfectionnement de l'invention, que le ruban ou la bande présente une perforation. Ainsi, il peut être par exemple, pratiqué dans le ruban ou la feuille au moyen d'un rouleau porte-lames, des fentes qui s'étendent dans le sens longitudinal, à écarts régu- liers, de telles rangées de fentes pouvant aussi s'éten- dre, à côté les unes des autres. S'il se produit d'impor- tantes sollicitations de pliages alternatifs par exemple, le ruban ou la feuille, enroulé en plusieurs lits, peut alors se déchirer en éléments séparés, la flexibilité de la matière subsiste, la fonction d'agent de glissement du ruban, ou de la feuille, est maintenue. Des objets flexibles allongés, qui sont constitués de plusieurs couches qui doivent être séparées les unes des autres, mais qui doivent pouvoir se déplacer les unes par rapport aux autres sans problème, par exemple au cours d'un pliage, peuvent être les câbles ou conducteurs déjà mentionnés, qui servent au transport d'énergie ou à la transmission des informations. I1 peut toutefois aussi s'agit de ce qui est appelé des câbles à faisceau tubulaire, qui servent à la transmission de valeurs de mesure ou de commande par la voie pneumatique ou hydraulique, et qui sont établis à partir de petits tubes séparés, rassemblés en un faisceau. Comme domaines d'utilisation de l'invention, il peut être cité aussi les conduites tubulaires ou tuyaux utilisés pour le trans- port de milieux liquides ou gazeux, o sont utilisés non seulement des rubans ou des feuilles mais qui peuvent être réalisés aussi sous la forme de pièces poreuses, par exemple un ou plusieurs des petits tubes déjà men- tionnés. De tels petits tubes poreux, qui peuvent aussi être posés séparément, sont utilisés par exemple sous la forme de ce qui est appelé des conduits renifleurs. Pour la mise en oeuvre dans les câbles et conducteurs électriques, les rubans ou feuil- les suivant l'invention peuvent former la couche de glis- sement ou de séparation, l'isolation peut être constituée de ces rubans ou feuilles, mais aussi le système isolant peut être établi, par exemple pour un câble coaxial à haute fréquence, à partir de feuilles ou rubans poreux, étirés et en même temps frittés suivant l'invention. La proportion d'air importante qui se trouve dans la matière poreuse, alliée à l'importance du rapport entre la résis- tance élevée dans le sens de la longueur et faible dans le sens transversal, satisfaisant d'une façon particuliè- rement nette les exigences posées dans ce domaine. Pour l'exécution du procédé suivant l'invention, il est apparu avantageux d'utiliser une irs- tallation qui est constituée d'un dispositif de séchage chauffable, disposé dans le sens du passage de la pièce moulée, façonnée par extrusion en pâte, ainsi que d'un four à passage qui s'y raccorde, tout en étant séparé dans l'espace, à la sortie duquel est disposé un dispo- sitif enrouleur avec une vitesse de rotation élevée par rapport aux rouleaux de guidage et/ou d'entraînement dis- posés à l'entrée. La séparation connue du séchage de la pièce moulée dans la première étape et la réunion de l'étirage et du frittage, pratiquement simultanés, dans une seconde étape, mais s'effectuant toutes deux au passage de la pièce moulée, a pour résultat une fabrication rationnelle dont le bon fonctionnement est assuré. L'invention est exposée plus en détail ci-apres avec référence à l'exemple de réalisation représenté dans la figure unique annexeée. Une pièce moulée fabriquée par ex- trusion en pâte, ayant la forme de la bande 1, en poly- tétrafluoréthylène est déroulée d'une bobine de réserve 2 et est envoyée, par le renvoi 3, au four de séchage 4. Pendant la traversée de ce four de séchage, qui est chauffé par exemple à une température d'environ 280 C, le lubrifiant nécessaire pour l'extrusion en pâte est éliminé de la bande 1. La bande maintenant sèche, non encore étirée, ni frittée, passe ensuite dans le four de frittage 5, dont la température est d'environ, par exemple, 430 C. Le rouleau-guide 6, placé à la sortie du four de frittage 5 peut être entrainé et ce, dans des conditions telles que sa vitesse de rotation est plus grande que celle du renvoi 3. La bande 1 amenée dans le four de frittage 5, au cours de son passage, à la tem- pérature de frittage, est ainsi étirée. La bande étirée et frittée d'une façon pratiquement simultanée est en- suite enroulée, sous la forme d'un corps moulé poreux, en passant par le rouleau de renvoi 7, sur le tambour ou la bobine de réserve 8. La matière de départ destinée à la bande I enroulée sur la bobine de réserve 2, est une pou- dre de polymère qui, mélangée avec un lubrifiant connu, est d'abord compactée sous pression, en une ébauche préa- lable. Ensuite, cette ébauche est d'abord extrudée de la façon connue, dans l'exemple présente, dans une extrudeu- se à piston, en un cordon rond et ce dernier est ensuite calandré en un ruban. Quand le rapport de réduction est, par exemple, de 40: 1 (ébauche: cordon rond) et si, après le calandrage en ruban, le rapport d'étirement est de 1: 5, on peut arriver pour le ruban fritté et étiré, poreux, fabriqué suivant l'invention à des résistances à la traction dans le sens longitudinal de 360 kp/cm2, et dans le sens transversal de 30 kp/cm2. Si l'on choisit, toutes autres con- ditions restant semblables, un rapport de réduction de : 1, on obtiendra des résistances à la traction, dans le sens longitudinal de l'ordre de 280 kp/cm2 et dans le sens transversal de 20 kp/cm2. L'essentiel est, dans tous les cas, que les résistances à la traction dans le sens de la longueur du ruban, mais aussi de tout autre profil, se montent toujours à un multiple de la résistan- ce à la traction dans le sens transversal. Une pièce moulée fabriquée suivant l'invention se distingue en conséquence, à côté de sa grande résistance à la chaleur et de son insensibilité aux agents agressifs, surtout, par son bon comportement au pliage. Différant ainsi de ce qui précède, il est évidemment aussi possible de soumettre les pièces moulées c'est-à-dire une bande ou une feuille, dans une amélioration de l'invention, à un étirage ou un allonge- ment perpendiculairement à la direction d'extraction, en même temps que l'on fritte la matière polymère. Sont appropriées à cet effet des installations comportant des éléments tracteurs mobiles dans la direction de l'extrac- tion, qui agissent sur les bords des bandes ou feuilles, et qui assurent, au cours de leur écartement qui les amène dans la position finale voulue à l'intérieur du four 5 de frittage, les taux d'étirage ou d'allongement voulus, avec augmentation simultanée de la température des feuilles audessus de la température de fusion des cristallites de la matière qui constitue les feuilles. Dans d'autres cas toutefois, comme dans le domaine des filtres industriels ou de la chirur- gie, on n'a, contrairement à ce qui se passe dans la technique des câbles, fréquemment pas-à provoquer la formation de résistances à la traction différentes dans les sens longitudinal et transversal de la pièce moulée. Dans ce cas, on procède suivant l'in- vention, de façon que, comme le représente la figure, la bande sèche 1, non encore étirée, ni frittée s'engage dans le four de frittage 5 et y est amenée à la tempéra- ture de frittage, la température du four se montant par exemple à 500 C. Pendant le frittage, il s'opère à nou- veau, au moyen des rouleaux de guidage 6 et du renvoi 3, en raison des différences de vitesse de rotation de ces éléments, un étirage ou allongement dans la direction de l'axe, avec, par exemple un rapport d'étirage qui se situe entre 200 et 600 %. En même temps toutefois, ce qui n'est pas représenté mais qui est connu, par exemple, par le brevet EP 0 075 306, il agit sur les deux bords des bandes, des éléments tracteurs qui se déplacent en s'écartant les uns des autres perpendiculairement à la direction de passage, au moyen de rails de guidage appro- 1.1 priés, pendant le passage de la bande et qui provoquent ainsi l'étirage de la bande dans ce sens également. Cela donne une bande étirée biaxialement et frittée pendant l'étirage avec des résistances à la traction élevées dans les deux directions. Les résistances à la traction que l'on peut obtenir suivant l'invention correspondent pour le reste, dans une pièce moulée allongée ou étirée dans un ou dans les deux sens, à celles que l'on peut obtenir par les procédés connus par des taux extrêmement élevés d'étirage ou d'allongement. R E-V E N D I C A T I O N S ) Procédé pour la fabrication de pièces moulées, étirées, poreuses, en particulier de bandes, feuilles, profilés, pleins ou creux, en polymè- res fluorés tels que le polytétrafluoréthylène, dans le- quel le polymère pulvérisé seul ou sous la forme de poly- mère mixte, qui ne peut pas être façonné à partir de la forme de masse en fusion est compacté en poudre avec l'aide d'un lubrifiant et façonné en un corps moulé (extrusion en pâte), le lubrifiant est ensuite éliminé, la pièce moulée est étirée et l'on fritte le polymère, procédé caractérisé en ce que, dans une première étape, on élimine par séchage dans un four (4) le lubrifiant pendant le passage du corps moulé pendant un passage con- tinu, et dans une seconde étape qui suit aussitôt, ce corps moulé est étiré, à une température de l'ordre au moins de la température de fusion des cristallites du polymère dont-il s'agit, le polymère étant fritté dans un four de frittage (5) en même temps que la pièce moulée est étirée. 2 ) 1, caractérisé en ce que le sens de l'extraction. Procédé suivant la revendication la pièce moulée est étirée dans 3 ) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce moulée est étirée per- pendiculairement au sens de l'extraction. 4 ) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce moulée est étirée, successivement ou simultanément, dans le sens axial et perpendiculairement à cet axe, l'opération d'étirage s'effectuant dans les deux cas dans une plage de tempéra- ture qui se situe au-dessus de la température de fusion des cristallites du polymère utilisés pour cette pièce moulée. ) Procédé suivant la revendication 1, ou une des suivantes, caractérisé en ce que la plage de température se situe au-dessus de 342 C, de préféren- ce entre 380 et 1000 C. 6 ) Procédé suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le séchage de la pièce moulée dans la première étape s'effectue à des températures situées entre 150 et 320eC, ou mieux entre 200 et 3001C. 7 ) Procédé suivant l'une quelcon- que des revendications I à 4, caractérisé en ce que la pièce moulée est étirée, dans le sens du passage, jus- qu'à 2000 %, ou mieux entre 100 et 1000 %. 8 ) Ruban ou feuille, à orientation axiale, fabriqué suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que le séchage de la pièce moulée dans la première étape s'effectue à des températures situées entre 150 et 320 C, ou mieux entre et 300 C. 7 ) Procédé suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce moulée est étirée, dans le sens du passage, jus- qu'à 2000 %, ou mieux entre 100 et 1000 %. 8 ) Ruban ou feuille, à orientation axiale, fabriqué suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que le poids spécifique du ruban ou de la feuille, à l'état étiré et fritté, est de 0,2 à 1,3 g/cm3. 9 ) Ruban ou feuille suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport entre les résistances à la traction dans le sens de l'étirage de la bande et perpendiculairement à ce sens, est de à 50: 1. ) Ruban ou feuille suivant l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il a subi une perforation. 2S94744 ) Utilisation d'une bande ou d'une feuille suivant les revendications 9 ou 10, dans la réalisation de couches d'objets allongés, tels que des câbles électriques et des conducteurs, des conducteurs tubulaires ou des câbles à faisceau tubulaire. 12 ) Objets allongés ayant la forme d'un câble ou d'un conducteur électrique suivant la re- vendication 11, caractérisés en ce que l'isolation du câble ou du conducteur est constituée par le ruban ou la feuille étirés. - 13 ) Objets allongés formés par un câble ou un conducteur électrique, comportant une ou plu- sieurs feuilles de glissement ou de séparation disposées en forme de couches, suivant la revendication 11, carac- térisés en ce que la feuille de glissement ou de sépara- tion est constituée par le ruban ou la feuille étirée et en même temps frittée. 14 ) Installation pour l'exécution du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'il est prévu un dispositif de séchage chauffable, placé sur le passage de l'objet moulé par extrusion sous forme de pâte, ainsi qu'un four de chauffage à passage qui suit le précédent en en étant séparé par un espace, comportant un dispositif d'enrou- lement placé à la sortie, dont la vitesse de rotation est augmentée par rapport à celle des rouleaux de guidage et/ou d'entraînement placés à l'entrée, et/ou des éléments de tension ou de traction disposés des deux côtés de la pièce moulée ainsi que dans la direction du-passage, avan- çant en commun avec cette pièce, et capables de s'écar- ter les uns des autres dans la zone du four à passage.