Brevet FR2705040A1 — publié le 19941118

i L'invention concerne un procédé de projection à la flamme d'un matériau polymère thermodurcissable et les substrats portant un dépôt de polymère thermodurci réalisé par projection à la flamme.- 5 La projection à la flamme consiste à fondre un matériau (sous forme de fil ou de poudre) à l'aide d'une flamme oxy-combustible et à le projeter sur un substrat à l'aide d'un gaz porteur. Pratiquement tous les matériaux peuvent être projetés, en particulier les matériaux10 polymères thermoplastiques. Ces derniers sont caractérisés par un réseau linéaire, complètement achevé, qui ne subit aucune réticulation au moment de la cuisson. Leurs caractéristiques ne sont pas modifiées même s'ils subissent plusieurs fusions. Parmi ces matériaux, les15 plus couramment utilisés en projection à la flamme sont les polyamides et les polyéthylènes. Contrairement aux matériaux polymères thermoplastiques, les matériaux polymères thermodurcissables subissent une réticulation structurale irréversible lorsqu'on les chauffe et acquièrent une structure tridimensionnelle qui les rend infusibles. Parmi les différents matériaux polymères thermodurcissables, on peut citer, à titre d'exemple, les résines époxydes, les polyesters insaturés et les copolymères époxyde- polyester. Ces matériaux polymères thermodurcissables ne pouvaient pas être jusqu'à présent projetés à la flamme et sont généralement projetés par un procédé électrostatique. Le procédé de projection électrostatique présente, toutefois, certaines limitations qui restreignent son domaine d'application et il serait donc utile de disposer d'un procédé permettant de projeter à la flamme un matériau polymère thermodurcissable. L'invention vise justement à fournir un tel procédé. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de projection à la flamme de particules d'un matériau polymère sur un substrat, caractérisé en ce qu'on projette sur le substrat des particules d'un matériau polymère thermodurcissable au moyen d'un courant gazeux central formé d'un gaz vecteur inerte, ledit courant gazeux central étant chauffé par une flamme dirigée vers le substrat, concentrique au courant gazeux central, et5 générée par combustion d'un mélange d'oxygène ou d'un gaz contenant de l'oxygène et d'un gaz combustible, et en ce qu'on interpose entre le courant de gaz vecteur inerte et ladite flamme un courant gazeux de protection constitué d'un gaz inerte et concentrique au courant gazeux central.10 Comme gaz vecteur et comme gaz de protection, on peut utiliser tout gaz inerte et en particulier l'azote, l'argon et l'hélium. Le gaz vecteur et le gaz de protection peuvent être identiques ou différents. On préfère employer de l'azote tant comme gaz vecteur que15 comme gaz de protection pour des raisons de coût. Le gaz de protection sert non seulement à protéger les particules projetées de l'action oxydante de la flamme, mais aussi à transmettre à ces particules la chaleur fournie par la flamme, nécessaire à la cuisson de ces particules. La flamme peut être engendrée par un mélange d'un gaz oxydant, par exemple l'oxygène ou l'air, et d'un gaz combustible, par exemple le propane ou le produit Tétrène(R) vendu par la Société AIR LIQUIDE, qui est un mélange de méthylacétylène, de propadiène, de propylène et d'autres hydrocarbures. Des exemples non limitatifs de matériaux polymères thermodurcissables pouvant être projetés par le procédé de l'invention sont les matériaux époxy, les polyesters insaturés, les copolymères époxyde-polyester, et des matériaux composites à base de polymère thermodurcissable (par exemple à base d'un polymère thermodurcissable et d'un métal), entre autres. Le matériau polymère thermodurcissable doit être sous forme de particules d'une grosseur inférieure à 100 pm, de préférence comprise entre 40 et 60 pm. Les conditions opératoires doivent être choisies de façon appropriée. Les paramètres opératoires les plus influents sont: - la puissance de la flamme définie par les débits et pression du gaz combustible et de l'oxygène; et - la température et le temps de séjour des particules dans le courant central conditionnés par les pressions et débits du gaz de protection et du gaz vecteur.10 Ces paramètres doivent être convenablement choisis en fonction du matériau polymère qu'il s'agit de projeter et de son état de division, afin d'éviter la dégradation thermique du matériau polymère. Il n'est donc pas possible de définir des conditions générales convenant dans tous les cas. Cependant, l'homme du métier pourra déterminer des conditions adéquates dans chaque cas spécifique par de simples essais de routine. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'une buse ou d'un pistolet de projection thermique tel que décrit dans FR-A-2.671. 292 dont les enseignements sont incorporés ici par référence. L'invention concerne aussi, à titre de produits nouveaux, les substrats portant un revêtement de matériau polymère déposé par projection à la flamme, caractérisé en ce que ledit matériau polymère est un matériau thermodurcissable. La figure unique est une vue schématique illustrant l'invention. Sur cette figure, des particules 1 de matériau polymère thermodurcissable sont projetées à l'aide d'un pistolet de projection du type décrit dans FR-A-2 671 292 dont on n'a représenté que la face avant de la buse 2, en direction d'un substrat 3 à revêtir. Les particules 1 sont véhiculées par un courant gazeux central 4, émanant d'un orifice central 5 de la buse, et chauffées par une flamme 6 concentrique au courant 4 et dirigée vers le substrat 3. Cette flamme émane d'une pluralité d'orifices 7 prévus dans la buse 2 et répartis sur une couronne concentrique à l'orifice 5. Entre la flamme 6 et le courant 4, est interposé un courant gazeux 8 de protection, émanant d'une fente annulaire 9 prévue sur la buse 2 entre l'orifice central 5 et les orifices 7. A titre indicatif et non limitatif, les conditions de pression P et de débit Q suivantes se sont révélées appropriées pour la projection d'une poudre époxy, à l'aide d'un pistolet de projection thermique du genre décrit dans FR-A- 2 671 292 --dont les enseignements sont incorporés ici par référence-- muni d'une buse comportant un orifice central de passage des particules à projeter et de leur gaz vecteur d'un diamètre de 5 mm, un orifice ou fente annulaire pour le passage du gaz protecteur, concentrique à l'orifice central, distant de 3,5 mm du centre de l'orifice central et d'une largeur de 1 mm, et 24 orifices d'un diamètre de 0,9 mm, répartis de façon équidistante sur un cercle d'un diamètre de 23 mm de même centre que l'orifice central, pour la formation de la flamme à partir d'un mélange gazeux approprié. - Combustible (Tétrène(R)) 2 dans le but d'illustrer l'invention. Exemple 1 et Exemples comparatifs A et B Dans ces exemples, on a projeté une poudre époxyde blanche, à l'aide du pistolet et de la buse susdécrits, en utilisant, comme gaz de protection et comme gaz vecteur, de l'azote, de l'air ou de l'oxygène. Les conditions opératoires étaient les suivantes: Réglage de la flamme Combustible (Tétrène(R)) P = 2 bars, Q = 440 1/h Oxygène P = 3,7 bars, Q = 1400 1/h Réglage du gaz de protection Azote (Ex. 1) P = 2 bars, Q = 4500 1/h Air (Exemple comparatif A) P = 2 bars, Q = 4500 l/h, puis P = 1,5 bar et Q = 3500 1/h car la flamme était très oxydante et trop longue. Oxygène (Exemple comp. B) P = 2 bars, Q = 4500 l/h, puis P = 1,5 bar et Q = 3500 1/h car la flamme était très oxydante et trop longue. Réglage du gaz vecteur Azote (Ex. 1) P = 0,8 bar, Q = 2000 1/h Air (Exemple comparatif A) P = 0,8 bar, Q = 2000 1/h Oxygène (Exemple comparatif B) P = 0,8 bar, Q = 2000 1/h. Les résultats de ces essais étaient les suivants: Le dépôt de résine époxyde obtenu avec l'azote (Exemple 1) était bien blanc et sa surface était parfaitement lisse. Le dépôt obtenu avec l'air (Exemple comparatif A) était légèrement gris et sa surface était un peu moins lisse que dans le cas de l'Exemple 1. Le dépôt obtenu avec l'oxygène (Exemple comparatif B) était grisâtre, rugueux et comportait même des petits monticules de poudre. L'altération de couleur observée dans les cas des Exemples Comparatifs A et B est due à une dégradation (carbonisation) du matériau polymère résultant d'une oxydation par la flamme. Par rapport à la projection électrostatique qui est la technique la plus utilisée pour déposer les matériaux thermodurcissables, le présent procédé de projection à la flamme offre les avantages suivants: - Possibilité de réparer des pièces endommagées, - Possibilité de projection sur des substrats non conducteurs (brique, carton, plastique.. .), - Possibilité de faire des dépôts épais (jusqu'à plusieurs mm). REVENDICATIONS 1. Procédé de projection à la flamme de particules (1) d'un matériau polymère sur un substrat (3), caractérisé en ce qu'on projette sur le substrat des particules d'un matériau polymère thermodurcissable au moyen d'un courant gazeux central (4) formé d'un gaz vecteur inerte, ledit courant gazeux central étant chauffé par une flamme (6) dirigée vers le substrat, concentrique au courant gazeux central, et générée par combustion d'un10 mélange d'oxygène ou d'un gaz contenant de l'oxygène et d'un gaz combustible, et en ce qu'on interpose entre le courant de gaz vecteur inerte et ladite flamme un courant gazeux de protection (8) constitué d'un gaz inerte et concentrique au courant gazeux central.15 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on emploie de l'azote tant comme gaz vecteur que comme gaz de protection. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau projeté est une résine époxyde, un polyester insaturé, un copolymère époxyde-polyester, ou un matériau composite à base de polymère thermodurcissable. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la puissance de la flamme, la température et le temps de séjour des particules dans le courant gazeux central sont réglés de manière à éviter une dégradation du matériau thermodurcissable projeté. 5. Substrat portant un revêtement de matériau polymère déposé par projection à la flamme, caractérisé en ce que ledit matériau polymère est un matériau thermodurcissable. 6. Substrat selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit matériau polymère est une résine époxyde, un polyester insaturé, un copolymère époxyde-polyester, ou un matériau composite à base de polymère thermodurcissable.