Brevet FR2667866A1 — publié le 19920417

La présente invention concerne des compositions polymériques prélubrifiées, plus particulièrement des structures formées d'une matière présentant un pouvoir lubrifiant continu de surface, et notamment des conduits formés d'une telle matière. Il existe de nombreuses applications dans lesquelles une composition lubrifiante efficace est requise afin de faciliter le mouvement d'un élément par rapport à un autre Un exemple, qui intéresse particulièrement la présente invention, concerne des applications d'alimenta- tion en énergie et de communication qui nécessitent l'installation rapide et efficace de câbles d'alimentation et de communication par passage à travers de très grandes distances de conduits et de canalisations enfouis dans le sol Pour répondre à la demande d'installations rapides des câbles, il est nécessaire que l'interface entre le câble et le conduit ou la canalisation qui l'entoure présente une lubrification suffisante pour réduire suffisamment le coefficient de frottement entre le câble et ce conduit ou cette canalisation. Bien que différentes solutions aient été proposées pour parvenir au pouvoir lubrifiant requis, ces solutions n'ont généralement pas été totalement satis- faisantes pour toutes les conditions de fonctionnement. Par exemple, on sait former une canalisation ou un conduit prélubrifié avec une couche superficielle co- extrudée imprégnée d'additifs lubrifiants Malheureusement, les avantages sont limités en raison de la très petite quantité d'agents lubrifiants qui peut être efficacement noyée à l'intérieur de la couche superficielle, essentiel- lement en raison de problèmes de solubilité liés au mélange de matières non semblables En résultat, seules de petites quantités de ces agents lubrifiants sont présentes à la surface o ces agents sont nécessaires, et le glissement constant du câble le long de cette surface épuise rapide- ment cette quantité initiale de matière lubrifiante qui était disponible. On sait également utiliser des lubrifiants de type hydrosoluble à l'interface entre le câble et la canalisation afin de réduire le coefficient de frottement à cette interface Cependant, dans le cas de ces lubri- fiants hydrosolubles, en particulier de lubrifiants tels que des glycols, des polyglycols ou le glycérol, leur efficacité est limitée par mouillage, ou même par noyage de l'intérieur du conduit enfoui, par pénétration d'eau présente dans le sol Dans ces conditions ambiantes, le lubrifiant hydrosoluble est tout simplement éliminé de l'intérieur par lavage et devient donc non disponible. Des problèmes de frottement se sont posés également lors de la production de nervures ou d'arêtes longitudinales au niveau de la surface du conduit afin de réduire la résistance à la traction par diminution de la surface de contact entre le conduit et le câble Cependant, l'utilisation de nervures longitudinales n'a pas été couronnée de succès et a eu plutôt pour résultat un accroissement, plutôt qu'une résolution, du problème. En conséquence, le principal objectif de la présente invention consiste à proposer des compositions nouvelles et perfectionnées présentant un plus grand pouvoir lubrifiant. Un autre objectif de la présente invention consiste à proposer une telle composition pour la fabrica- tion de conduits, de canalisations, etc, de câbles. Un autre objectif de la présente invention consiste à proposer des conduits et des canalisations intérieures pour câbles constitués d'une telle composition afin de produire une surface considérablement plus lisse ou à poli spéculaire pour parvenir à une réduction du frottement. Un autre objectif de la présente invention consiste à atteindre les objectifs précités au moyen d'une matière qui renouvelle le pouvoir lubrifiant de la surface après avoir été soumise à un frottement. Un objectif supplémentaire de la présente invention consiste à atteindre les objectifs précités de manière économique et à accroître la compétitivité sur le marché de produits formés à partir de telles compositions. Conformément aux objectifs précités et à d'autres objectifs, la présente invention concerne une composition intrinsèquement lubrifiée qui possède un pouvoir lubrifiant de surface doué d'auto-régénération. Conformément à la présente invention, cette composition est utilisée pour la fabrication d'assemblages de conduits et de canalisations intérieures de câbles Dans une applica- tion pratique, cette lubrification intrinsèque présente un avantage distinct puisqu'il est souvent difficile de prévoir au cours de la production si n'importe quel conduit donné peut être ou non utilisé finalement comme canalisa- tion intérieure, c'est-à-dire un conduit qui sera tiré à travers un conduit pré-existant, ou bien comme conduit à travers lequel passe le câble Les structures de conduits ainsi formées au moyen de la composition de la présente invention sont intrinsèquement lubrifiées sur la totalité de leur section transversale, avec pour résultat un pouvoir lubrifiant suffisant des surfaces extérieure et intérieure de ces conduits. Conformément à une caractéristique particu- lière, le conduit ou la canalisation intérieure est formé d'une composition polymérique dans laquelle une quantité en excès ou quantité de réserve d'agents lubrifiants actifs est maintenue en suspension dans la totalité de la composi- tion Lors de l'élimination des agents lubrifiants des zones superficielles d'une telle composition, comme par exemple par usure ou contact par frottement du câble, les agents de réserve à l'intérieur de la composition migrent à la surface, en conférant de nouveau et en rétablissant ainsi le pouvoir lubrifiant de surface Le résultat est la disponibilité à long terme de surfaces hautement lubrifiées de canalisations et de conduits, ce qui facilite le mouvement d'un câble à l'intérieur d'une canalisation et le mouvement d'une canalisation intérieure à travers un conduit. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un conduit à travers lequel un câble, par exemple, a été tiré, le conduit ayant été formé à partir de la composition polymérique de la présente invention; la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de l'extrémité de la paroi du conduit de la figure 1, représentant les agents lubrifiants en suspension dans la totalité de la matière polymérique; la figure 3 est une vue en coupe partielle agrandie de la paroi du conduit de la figure 1, représen- tant les couches limites lubrifiantes adjacentes, les surfaces intérieure et extérieure lisses analogues à un miroir et la zone ou réserve d'agent lubrifiant; et la figure 4 est une illustration schématique ou sous forme de diagramme de la relation entre les agents de couplage et le substrat absorbant de la composition de la présente invention. Dans la description suivante, des parties similaires sont désignées dans la totalité du mémoire descriptif et des dessins par les mêmes numéros de référence Les figures des dessins ne sont pas obligatoire- ment représentées à l'échelle et, dans certaines vues, des parties ont été agrandies pour une meilleure compréhension. En se référant initialement à la figure 1 des dessins, un conduit 10, à travers lequel passe et est enfermé un câble 14, est représenté Il doit être entendu que le câble 14 peut être de n'importe quel type connu dans la pratique, en particulier ceux utilisés pour l'alimenta- tion ou la transmission de communications, tels que les câbles téléphoniques, les câbles de télévision à larges bandes de fréquences, les câbles à fibres optiques, etc. Conformément à la présente invention, le conduit 10 est produit par extrusion d'une matière polymérique au moyen de techniques de mono-extrusion classiques et connues Dans la totalité de la paroi 16 du conduit, et de la manière représentée sur la figure 2, se trouve une forte concentration ou suspension d'agents lubrifiants 16 A dispersés de manière aléatoire dans la totalité du conduit Ces agents lubrifiants sont du type qui, lors de l'élimination de ces agents de zones super- ficielles du conduit, migre à ces surfaces pour engendrer de nouveau et rétablir un pouvoir lubrifiant de surface. Les ingrédients actifs de ces agents peuvent être, par exemple, des sorbitols alkoxylés, des éthylène-bis stéaramides, des polyéthylèneglycols de haut poids molécu- laire, des méthoxypolyéthylèneglycols de haut poids moléculaire, des polymères de diméthylsiloxane, des copolymères diméthylsiloxane/amine, différents sels d'acide stéarique ou d'autres acides gras tels que des sels de zinc, de calcium, de magnésium, de baryum, ou des amides tels que des stéaramides, ou bien des hydrocarbures halogénés de bas poids moléculaire ayant 18 à 30 atomes de carbone. En conséquence de cette formation, et de la manière illustrée sur la figure 3, la paroi du conduit est constituée d'une zone centrale 17 comprenant un réservoir d'agents lubrifiants 16 A et des couches limites 18 dans lesquelles les agents 16 A migrent lors de leur élimination des surfaces extérieures 20 du conduit, ce qui a pour résultat l'obtention de surfaces extérieures continuelle- ment lubrifiantes et la réduction concomitante du coef fi- cient de frottement Le résultat est l'obtention d'un conduit formé d'une composition polymérique intrinsèquement lubrifiée ayant un pouvoir lubrifiant de surface doué d'auto-régénération. La composition intrinsèquement lubrifiée constitue un substrat d'une très grande surface spécifique, dans lequel sont absorbées des quantités relativement fortes des agents lubrifiants choisis Ces substrats doivent être constitués de matières ayant la capacité d'absorber plusieurs fois leur poids et peuvent être constitués, par exemple, de terre de diatomées (diatomite), de silice ultrafine, d'un gel de silice ou de noirs de carbone de grande surface spécifique. De la manière décrite précédemment, le substrat absorbant poreux a pour rôle d'absorber de grandes quantités des agents lubrifiants Cela est réalisé par introduction de la quantité appropriée de substrat absorbant dans un mélangeur à grande intensité et, au cours de l'étape de mélange, par addition d'agents d'ajustement de solubilité ou de couplage à la matière servant de substrat Puis le mélange final est chauffé à au moins 100 degrés Celsius et est soumis à une élimination des agents volatils pour éliminer toute quantité d'humidité (eau) ou d'alcools (groupes hydrolysables) pouvant être présente. Puis on ajoute lentement les agents lubrifiants, tout en mélangeant jusqu'à l'absorption totale de ces agents dans la matière servant de substrat. Les agents de couplage ajustent la solubilité des agents lubrifiants, ce qui permet d'ajuster la vitesse finale de migration des agents lubrifiants aux surfaces. Les agents de couplage préférés sont des dérivés organo- métalliques de titane tels que des mono-alkoxy ou néo- titanates et peuvent consister, par exemple, en isopropyl- alkoxytri-isostéaroyl-titanates, isopropyldiméthacryl- isostéaroyl-titanate (pour des compositions de réticula- tion) ou en di(di-tridécyl)phosphite de tétra( 2-di- allyloxyméthyl-l-butoxytitane) (pour des mélanges de plastisols). La composition préférée, exprimée sur une base pondérale, est la suivante En poids Substrat absorbant poreux 10 20 % Agents lubrifiants 40 80 % Agents d'ajustement de solubilité ou de couplage 0,5 5,0 % La constitution chimique d'une telle com- position est représentée schématiquement par la figure 4. Le substrat absorbant poreux (représenté par le numéro 22) qui contient une quantité relativement forte des agents lubrifiants est maintenu à l'état soluble par l'agent de couplage du type titanate réactif en surface (représenté par le numéro 24) Ce dernier est défini par le type d'agent de couplage représenté par le ligand 26 fixé à l'atome de titane central, produisant un enchevêtrement du type van der Waal Cela permet d'améliorer la compatibilité du polymère et d'engendrer une liaison carbone-carbone insaturée pour la production d'un site disponible pour la réticulation en un squelette polymérique, ou pour parvenir à une solubilité de plastisol dans des compositions de PVC, suivant le polymère apprécié utilisé pour la produc- tion du conduit En outre, après préparation du mélange convenable des agents précités, ce mélange peut être incorporé (mélangé à l'état fondu) à un polymère convenable à une forte concentration pour parvenir à un mélange aisé par les techniques classiques utilisées pour les polymères. La quantité de matière lubrifiante, la solubilité dans le polymère et la vitesse de migration (et donc la vitesse de régénération) peuvent être ajustées par modification de la surface du substrat absorbant, du poids moléculaire (volatilité) de l'agent lubrifiant et par la nature et la quantité des agents de couplage. A titre d'exemple, et conformément à un procédé apprécié, la composition du conduit 10 est formée avec un agent lubrifiant constitué d'éthylènebis-stéaramide en une quantité d'environ quatre-vingts pour cent ( 80 %) en poids, avec un substrat constitué d'une terre de diatomées ayant une surface spécifique d'environ 50 à 250 mètres carrés par gramme Lors de son utilisation avec un agent d'ajustement de solubilité constitué d'un isopropylalkoxytri-iso- stéaroyl-titanate, la composition précitée provoque une migration continue d'agents lubrifiants à une vitesse d'environ 0,013 g par mètre et par mois Il en résulte des surfaces de conduits suffisamment mouillées de lubrifiant pour parvenir à un coefficient de frottement d'environ 0,1. Si la surface du conduit est décapée par frottement par le câble 14 en mouvement, la surface du conduit présente une régénération du lubrifiant humide en environ vingt-quatre ( 24) heures Une régénération de cette manière se poursuit efficacement pendant environ 72 mois. Lorsqu'il est désiré d'accroître la vitesse de régénération, il est possible d'y parvenir par remplacement de l'agent lubrifiant consistant en éthylène-bis-stéaramide par du stéaramide De manière similaire, la vitesse de régénération peut être réduite par remplacement de l'agent lubrifiant consistant en stéaramide par un mélange diméthylsiloxane/amine L'une ou l'autre des modifications précitées provoque une variation corrélée de la vitesse de migration du lubrifiant, avec une variation corrélée de la durée prévue de lubrification intrinsèque de surface avant qu'une lubrification supplémentaire ne devienne nécessaire. Il a été décrit ci-dessus une composition nouvelle et une utilisation nouvelle de cette composition, permettant d'obtenir des portions de surfaces intrinsèque- ment lubrifiées Le mouillage intrinsèque avec un liquide lubrifiant, suivant la définition précitée, accroît notablement la durée d'utilisation et les performances de produits utilisant une telle composition Cela offre de nombreux avantages, comprenant une lubrification continue sur des surfaces d'éléments allongés, se traduisant par de plus faibles forces de traction et des effets néfastes réduits du frottement Bien que la présente invention ait été décrite principalement en rapport avec des conduits ou canalisations, il doit apparaître aisément que son utilisation s'étend à n'importe quelle application dans laquelle il est désiré de réduire des forces importantes de frottement entre des surfaces en prise. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Composition polymérique, caractérisée en ce qu'elle contient une suspension de matière lubrifiante dans un réservoir, matière qui migre continuellement dudit réservoir à la surface de ladite composition, ce qui permet un renouvellement continu de la matière lubrifiante éliminée de ladite surface. 2 Composition polymérique suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que la matière lubrifiante est choisie dans le groupe comprenant des sorbitols alkoxylés, des éthylène-bis-stéaramides, des polyéthylène- glycols, des méthoxypolyéthylèneglycols, des polymères de diméthylsiloxane, des copolymères diméthylsiloxane/amine, des sels d'acide stéarique ou d'autres acides gras et des huiles constituées d'hydrocarbures halogénés ayant 18 à 30 atomes de carbone. 3 Composition polymérique suivant la reven- dication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un substrat absorbant poreux et un agent d'ajustement de couplage. 4 Composition polymérique suivant la reven- dication 3, caractérisée en ce que le substrat absorbant est choisi dans le groupe comprenant la terre de diatomées, la silice ultrafine, un gel de silice et des noirs de carbone. Composition polymérique suivant la reven- dication 3, caractérisée en ce que l'agent d'ajustement de couplage est du type composé organométallique de titane. 6 Composition polymérique suivant la reven- dication 3, caractérisée en ce que le substrat est présent en une quantité de 10 à 20 % en poids, les matières lubrifiantes sont présentes en une quantité de 40 à 80 % en poids et l'agent d'ajustement de couplage est présent en une quantité de 0,5 à 5,0 % en poids. 1 l 7 Conduit, comprenant une paroi extérieure et une paroi intérieure, destiné à recevoir des portions de câble devant être tirées à travers ledit conduit, carac- térisé en ce qu'il est constitué d'une composition polymérique contenant une suspension de matière lubrifiante dans un réservoir de lubrifiant, matière qui migre continuellement dudit réservoir à la paroi extérieure et à la paroi intérieure dudit conduit, le pouvoir lubrifiant desdites parois étant ainsi continuellement renouvelé lorsque la matière lubrifiante est éliminée desdites parois. 8 Conduit suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la matière lubrifiante est choisie dans le groupe comprenant des sorbitols alkoxylés, l'éthylène-bis-stéaramide, des polyéthylèneglycols, des méthoxy-polyéthylèneglycols, des polymères de diméthyl- siloxane, des copolymères diméthylsiloxane/amine, des sels d'acides stéariques et d'autres acides gras ainsi que des huiles constituées d'hydrocarbures halogénés ayant 19 à 30 atomes de carbone.