Brevet FR2653700A1 — publié le 19910503

La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces en élastomère par vulcanisation sélective à ultra haute fréquence (UHF). D'une façon générale, un matériau à base d'élastomère, soumis à un rayonnement électromagnétique UHF, voit sa température s élever plus ou moins vite en fonction de ses caractéristiques physiques telles que - sa permittivité diélectrique ' qui représente la facilité de pénétration de l'onde électromagnétique UHF dans le matériau, - son coefficient d'absorption ou indice de perte diélectrique 2 #", - son facteur de perte tg qui est caractéristique de l'échauffement du matériau. Il est connu que la loi qui régit l'absorption d'énergie d'un matériau est de la forme PV = K.E2. expression dans laquelle PV est la puissance absorbée par unité de volume de matière, en W/CM3, K est une constante de l'ordre de 5,6.1 E le champ électrique (V/m), f est la fréquence de l'onde électromagnétique, imposée en France à 2450 MHZ, l'indice de perte diélectrique. Par ailleurs, il a été observé expérimentalement que ces grandeurs & " et ' varient plus ou moins en fonction de la température, ce qui peut créer selon les matériaux une cinétique d'emballement de la température. Cette brusque élévation de température provient d'une agitation des molécules se comportant dans le champ électrique comme un dipôle entrant plus ou moins en résonance, selon sa nature et sa géométrie, avec la fréquence du champ Ainsi, la présence dans une zone particulière du matériau d'un composant dont la polarité diélectrique est importante permet de concentrer le flux énergétique dans cette zone, et d'y produire un échauffement important. La présente invention s'intéresse aux pièces en élastomère qui sont fabriquées par vulcanisation à ultra haute fréquence (UHF) à partir d'un matériau comprenant notamment des composants élastomères et des composants de renforcement du type noir de carbone qui sont des composants polaires. La polarité générale du matériau tient donc essentiellement à la polarité des composants de renforcement. Par conséquent, dans le cas d'une structure à matériau bi- ou multi-composant, comportant des zones de faible dureté ou expansées et des zones compactes de plus grande rigidité , ce sont ces dernières qui par leur polarité plus importante absorbent généralement la majeure partie du flux électromagnétique UHF au détriment des premières. Ainsi, ne peut-on pas favoriser ou organiser la mise en forme préférentielle de certaines parties de la structure.Il arrive même que certaines formes de pièces ou de profils ne puissent pas être obtenues pour ces matériaux élastomères par vulcanisation UHF. Par ailleurs, on assiste a une perturbation du champ électromagnétique par répartition incontrôlée des composants polaires et apolaires à l'intérieur du matériau. Cette perturbation conduit à des formes non contrôlées ou mal maîtrisées. La présente invention a pour but de résoudre ce problème technique de manière satisfaisante en proposant un procédé de vulcanisation sélective à ultra haute fréquence. Ce but est atteint conformément à l'invention par un procédé de fabrication de pièces en élastomère par vulcanisation à ultra haute fréquence à partir d'un matériau polaire comprenant notamment des composants élastomères et des composants de renforcement, caractérisé en ce qu'il consiste à sélectionner sur la pièce une zones de vulcanisation puis à régler sa polarité relative à une certaine valeur, de telle sorte que la vulcanisation se réalise préférentiellement dans cette zone. Selon un autre aspect du procédé de l'invention, on règle la polarité relative de la zone à vulcaniser de façon préférentielle en utilisant dans les autres zones du matériau des composants de renforcement de faible polarité ou apolaires de telle sorte que la polarité la plus élevée se situe dans ladite zone à vulcaniser. Selon encore un autre aspect du procédé de l'invention, au moins l'une des autres zones n'est vulcanisée que partiellement et est vulcanisée de façon complète dans une étape ultérieure par tout procédé connu. Selon une autre caractéristique de l'invention, la zone à vulcaniser préférentiellement est une zone où l'élastomère est de basse densité. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la polarité relative de chacune des zones du matériau est réglée de façon à obtenir une vulcanisation contrôlée et prédéterminée dans chacune des zones. La présente invention permet de favoriser ou d'organiser la mise en forme sélective de certaines parties du matériau et même d'obtenir des pièces ou profils à formes très complexes De plus, après l'opération de vulcanisation sélective, les parties à faible polarité relative sont sous-vulcanisées, ce qui permet leur vulcanisation, leur durcissement ou leur mise en forme ultérieure par tout procédé connu. Le procédé de fabrication de l'invention s'applique à des pièces en élastomère réalisées à partir d'un matériau comprenant notamment des composants élastomères et des composants de renforcement. Les composants de renforcement sont généralement des éléments métalliques ou bien du noir de carbone qui présentent une certaine polarité. Dans de nombreux cas, il est nécessaire de réaliser sur la pièce des formes complexes qui sont obtenues par transformation du matériau soumis a une température déterminée pendant un temps déterminé. Il arrive souvent que la réalisation de formes prédéterminées dans certaines zones de la pièce nécessite une température particulière qu'il n'est pas souhaitable d'appliquer aux autres parties de la pièce. Dans ce cas, il est nécessaire d'effectuer une vulcanisation sélective et partielle de la pièce. Selon le procédé de l'invention, on sélectionne sur la pièce des zones de vulcanisation en réglant la polarité relative de cette zone à une certaine valeur de telle sorte que la vulcanisation se réalise préférentiellement dans cette zone. Le réglage de la polarité relative de la zone à vulcaniser de façon préférentielle est obtenu en utilisant dans les autres zones du matériau des composants de renforcement de faible polarité ou des composants apolaires de telle sorte que la polarité la plus élevée se situe dans ladite zone à vulcaniser. On peut également ajuster la concentration de composants ayant une certaine polarité de telle sorte que la polarité de chaque zone se situe à un certain niveau correspondant à un flux d'énergie plus ou moins intense et donc à une vulcanisation plus ou moins forte.On obtient ainsi une vulcanisation contrôlée de chacune des zones de la pièce Dans certains cas, il peut être avantageux de réaliser une vulcanisation partielle de la pièce. Dans d'autres cas, il peut être intéressant d'effectuer une sous-vulcanisation, c'est-à-dire une limitation volontaire du degré de vulcanisation de certaines zones de la pièce. Dans une étape ultérieure, on pourra alors procéder à un durcissement, à un thermoformage ou bien à une vulcanisation complémentaire par tout procédé connu. Généralement, la recherche d'une certaine valeur de dureté ou de rigidité pour le matériau implique l'utilisation d'une quantité plus ou moins importante de composants de renforcement et donc l'existence d'une polarité plus ou moins grande. L'utilisation de composants de renforcement apolaires tels que des charges minérales,à la place des composants de renforcement polaires traditionnels permet, dans une pièce bi- ou tri-composant comprenant des zones de faible dureté réalisées avec une matière cellulaire ou expansée et des zones de plus grande dureté, de concentrer l'énergie UHF dans les premières zones dont la cinétique thermique est généralement faible. Le tableau ci-dessous présente les résultats obtenus selon le procédé de l'invention. Il apparaît clairement que la matière cellulaire expansée a une vitesse d'échauffement intermédiaire entre celle des matériaux à composants polaires et celle des matériaux à composants apolaires. Composants Polaires Cellulaires Apolaires dureté shore 60 70 80 50 80 à àT 250C 9,9 14,4 12,4 8,7 4,5 t" à T 250C 1,4 1,4 1,3 1,1 1,3 iX t(150 ;80 ) 0,1 0,7 0,7 0,1 0 V= ss T /LSts 3,7 3,9 7,2 1 à 2 0,01 (1500C;80"C) Emballement a TO C 57 44 49 70 6 en #t sec 53 13 13 50 200 Ainsi dans le cas où l'on veut réaliser des pièces comportant des zones plus ou moins rigides, les zones à vulcaniser en priorité sont généralement les zones ou l'élastomère est de basse densité. Dans ce cas, le procédé de l'invention s'applique avantageusement en réalisant les formes les plus complexes dans une étape préalable de vulcanisation sélective selon le procédé de l'invention. Les zones de forte densité et de grande rigidité, peuvent être alors vulcanisées par la suite indépendamment des zones de basse densité. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de pièces en élastomère par vulcanisation sélective à ultra haute fréquence à partir d'un matériau polaire comprenant notamment des composants élastomères et des composants de renforcement, caractérisé en ce qu'il consiste à sélectionner sur la pièce une zone de vulcanisation puis a régler sa polarité relative à une certaine valeur, de telle sorte que la vulcanisation se réalise préférentiellement dans cette zone. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle la polarité relative de la zone à vulcaniser préférentiellement en utilisant dans les autres zones du matériau des composants de renforcement de faible polarité ou apolaires de telle sorte que la polarité la plus élevée se situe dans ladite zone à vulcaniser. 3. Procédé selon la revendication 2 , caractérisé en ce qu'au moins l'une des autres zones n' est vulcanisée que partiellement et est durcie dans une étape ultérieure par tout procédé connu. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que au moins l'une des autres zones est sous-vulcanisée et sera vulcanisée complètement dans une étape ultérieure. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone à vulcaniser préférentiellement est une zone où le matériau est de basse densité ou de faible dureté. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la polarité relative de chacune des zones du matériau est réglée de façon à obtenir une vulcanisation contrôlée et prédéterminée dans chacune des zones. 7. Pièce en élastomère réalisée par vulcanisation sélective à ultra haute fréquence à partir d'un matériau polaire comprenant notamment des composants élastomères et des composants de renforcement, caractérisée en ce qu'elle possède des zones vulcanisées préférentiellement en comportant dans les autres zones des composants de renforcement de faible polarité ou apolaires de telle sorte que la polarité la plus élevée se situe dans ladite zone à vulcaniser.