Brevet FR2746697A1 — publié le 19971003

La présente invention concerne un procédé permettant de souder par fusion certains polyesters par une technique de soudage à haute fréquence. On sait que des produits moulés en matière synthétique peuvent être assemblés par soudage. A cet effet, on peut utiliser des techniques de soudage les plus diverses, et donc aussi le soudage dit à haute fréquence (voir R6mpp Chemie Lexicon, entrée "Kunststoff-Schweifen", p. 2402, 9ème édition, Editions G. Thieme - 1990). Dans la littérature des brevets, il y a plusieurs renvois à l'utilisation de techniques de soudage pour l'assemblage d'articles moulés en matière synthétique, 1 0 par exemple de fibres ou de produits plats textiles. Ainsi, dans le document de brevet DE-A-3 714 935, on décrit des cheveux synthétiques en matière thermoplastique qui présentent une forme spéciale et qui sont appropriés à l'implantation de cheveux. Une étape de la mise en forme lors de la fabrication de ces cheveux comprend le soudage de la matière thermoplastique. Dans la description générale, on énumère différentes matières thermoplastiques, parmi lesquelles des polyesters. Dans le document de brevet DE-A-2 750 593, on décrit un procédé et un dispositif pour l'épissage à haute fréquence de fils élémentaires thermoplastiques. Il n'y a pas de détail dans la description sur le matériau utilisé à cet effet. Dans le document de brevet ES-A-86-07 816, on décrit le soudage à 2 0 haute fréquence d'un tissu de polyamide. Enfin, dans le document de brevet DE 1 704 179, on décrit un procédé d'assemblage de feuilles dans lequel on utilise un matériau pouvant être chauffé et accumulant la chaleur. On énumère toute une série de matières synthétiques pouvant entrer en ligne de compte pour ce procédé; les polyesters ne sont pas évoqués. On sait de façon générale que des types de polyesters courants sur le marché comme, par exemple, le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET) ne conviennent pas pour le soudage à haute fréquence. Ainsi, dans le manuel de H. Domininghaus "Die Kunststoffe und ihre Eigentschafte" (Les matières synthétiques et leurs propriétés), 3"' édition, VDI Verlag GmbH, D sseldorf 1988, il est indiqué p. 505 que le PET n'est pas soudable à haute fréquence. On a maintenant trouvé certains polyesters qui conviennent pour la technique de soudage à haute fréquence et qui peuvent donc être transformés de façon simple et peu coûteuse. La présente invention concerne un procédé de soudage par fusion de produits moulés comprenant les opérations selon lesquelles: a) on part d'un produit moulé en polyester contenant au moins 5 % en mol de l'unité constitutive de formule I et/ou au moins 5 % en mol de l'unité constitutive de formule II -O-OC-Ar'-CO-O-R'- (I), et -O-OC- R2-CO-O-Ar2(II), o Ar' et Ar2 représentent indépendamment l'un de l'autre un reste aromatique divalent mono- ou polycyclique, dont les valences libres se trouvent en position méta l'une par rapport à l'autre ou en des positions faisant un angle comparable à cette position, de préférence un reste 1,3-phénylène, R' représente un reste divalent aliphatique ou cycloaliphatique, de préférence un reste de formule -C.H2,- o n est un nombre entier compris entre 2 et 6, en particulier un reste éthylène, ou un reste dérivé de cyclohexanediméthanol, et R2 représente un reste divalent aliphatique, cycloaliphatique ou aromatique mono- ou polycyclique, et b) on fait agir un rayonnement électromagnétique de haute fréquence, de préférence dans le domaine des ondes radio, à une intensité et pendant un temps tels qu'au moins une partie du produit moulé se soude par fusion. Les produits moulés utilisés peuvent être des produits quelconques de nature bi- ou tridimensionnelle, dont au moins une partie est constituée du polyester modifié défini ci-dessus, de façon que l'on puisse obtenir une soudure par fusion par une technique de soudage à haute fréquence. Il s'agit en particulier de plaques, de feuilles, de revêtements, de corps creux et d'articles moulés par injection, et, de façon particulièrement préférée, de fils et/ou de produits textiles plats contenant de tels fils. Le terme "fil", dans le cadre de cette description, est entendu dans son sens le plus large; il s'agit donc de fils de fibres coupées ou, de préférence, de fils continus. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré du procédé selon l'invention, on utilise un fil hybride contenant des fibres renforçantes, de préférence des fils continus renforçants, et des fibres de matrice, de préférence des fils continus de matrice, fondant à une température plus basse, constituées des polyesters définis ci-dessus. Les fibres de polyester de la matrice sont de préférence des fibres ayant un point de fusion inférieur d'au moins 10 C, en particulier d'au moins 30 C au point de fusion ou au point de décomposition des fils continus renforçants. On utilise de façon particulièrement préférée des fils hybrides dans lesquels les fibres renforçantes ont un module initial supérieur à 50 GPa, et sont constituées de préférence de verre, de carbone ou de polyamide aromatique. Dans un autre mode de réalisation particulièrement préféré, on utilise des fils hybrides dans lesquels les fibres renforçantes ont un module initial supérieur à GPa et sont constituées de polyester, en particulier de poly(téréphtalate d'éthylène). Les polyesters modifiés utilisés sont connus en soi. Un représentant typique et particulièrement préféré de ces polyesters est un poly(téréphtalate d'éthylène) modifié par de l'acide isophtalique. On utilise de façon particulièrement préférée dans le procédé selon l'invention des produits moulés contenant un poly(téréphtalate d'éthylène) modifié qui contient les unités constitutives de formule III et IV: -O-OC-Ar3-CO-O-R3- (III), et --O-C-R4-CO-O-Ar4- (IV), o Ar3 représente un reste aromatique divalent mono- ou polycyclique, dont les valences libres se trouvent en position para l'une par rapport à l'autre ou en des positions parallèles ou coaxiales comparables à cette position, de préférence un reste 1,4-phénylène et/ou 2,6-naphtylène, R3 et R4 représentent indépendamment l'un de l'autre des restes divalents aliphatiques ou cycloaliphatiques, en particulier des restes de formule -CnH2n- o n est un nombre entier compris entre 2 et 6, en particulier un reste éthylène, ou un reste dérivé de cyclohexanediméthanol, et Ar4 désigne un reste aromatique divalent mono- ou polycyclique, dont les valences libres se trouvent en position méta l'une par rapport à l'autre ou en des positions formant un angle comparable à cette position, de préférence un reste 1,3phénylène. Lorsque, dans les formules définies ci-dessus, des restes quelconques représentent des restes aromatiques divalents, il s'agit de restes aromatiques divalents dont les liaisons de valence se trouvent en position para l'une par rapport à l'autre ou en des position coaxiales ou parallèles comparables, ou dont les liaisons de valence se trouvent en position méta l'une par rapport à l'autre ou en des positions formant un angle comparable. Une petite partie de restes aromatiques avec des liaisons de valence formant un angle peuvent aussi présenter des liaisons de valence en position ortho ou en des positions formant un angle comparable. Lorsque, dans les formules définies ci-dessus, des restes quelconques représentent des restes aromatiques divalents dont les liaisons de valence se trouvent en position méta l'une par rapport à l'autre ou en des positions formant un angle comparable, il s'agit de restes hydrocarbonés aromatiques mono- ou polycycliques ou de restes hétéroaromatiques qui peuvent être mono- ou polycycliques. Dans le cas de restes hétéroaromatiques, ceux-ci contiennent en particulier un ou deux atomes d'azote, d'oxygène ou de soufre dans le noyau aromatique. Les cycles des restes aromatiques polycycliques peuvent être condensés entre eux ou liés entre eux par l'intermédiaire de liaisons C-C ou de groupes formant des ponts comme, par exemple, -O-, -CH2-, -S-, -CO- ou -SO2-. Des exemples de restes aromatiques divalents préférés dont les liaisons de valence se trouvent en position méta l'une par rapport à l'autre ou en des positions formant un angle comparable sont des restes aromatiques monocycliques ayant des valences libres en position méta l'une par rapport à l'autre, en particulier le reste 1,3- phénylène, ou des restes aromatiques bicycliques condensés ayant des liaisons faisant un angle entre elles, en particulier les restes 1,6- et 2,7-naphtylène, ou des restes aromatiques à deux cycles reliés par l'intermédiaire d'une liaison C-C avec des liaisons formant un angle entre elles, en particulier le reste 3,4'biphénylène. Lorsque, dans les formules ci-dessus, des restes quelconques représentent des restes aromatiques divalents dont les liaisons de valence se trouvent en position para l'une par rapport à l'autre ou en des positions coaxiales ou parallèles comparables, il s'agit de restes hydrocarbonés aromatiques mono- ou polycycliques ou de restes hétéroaromatiques pouvant être monoou polycycliques. Dans le cas de restes hétéroaromatiques, ceux-ci contiennent en particulier un ou deux atomes d'azote, d'oxygène ou de soufre dans le noyau aromatique. Les cycles des restes aromatiques polycycliques peuvent être condensés entre eux ou être reliés entre eux de façon linéaire par l'intermédiaire de liaisons C-C ou de groupes -CO-NH-. Les liaisons de valence qui se trouvent en des positions parallèles ou coaxiales entre elles sont dirigées dans des sens opposés. Un exemple de liaisons coaxiales dirigées dans des sens opposés sont les liaisons biphényle-4,4'-ène. Un exemple de liaisons parallèles dirigées dans des sens opposés sont les liaisons naphtalène-1,5 ou -2,6, alors que les liaisons naphtalène-1,8 sont parallèles et dirigées dans le même sens. Des exemples de restes aromatiques divalents préférés dont les liaisons de valence sont en position para ou en des positions coaxiales ou parallèles comparables sont des restes aromatiques monocycliques ayant des valences libres en position para l'une par rapport à l'autre, en particulier le reste 1,4-phénylène, ou des restes aromatiques bicycliques condensés ayant des liaisons parallèles dirigées dans des sens opposés, en particulier les restes 1,4-, 1,5- et 2,6-naphtylène, ou des restes aromatiques à deux cycles reliés par l'intermédiaire d'une liaison C-C et ayant des liaisons coaxiales dirigées dans des sens opposés, en particulier le reste 4,4'- biphénylène. Lorsque, dans les formules définies ci- dessus, des restes quelconques représentent des restes divalents aliphatiques ou cycloaliphatiques, il s'agit de groupes qui dérivent d'un alcool aliphatique ou cycloaliphatique primaire, secondaire ou tertiaire ou d'un acide alcane- ou cycloalcanedicarboxylique ou de ses dérivés formant des polyesters, comme des esters méthyliques. Des restes divalents aliphatiques préférés contiennent 2 à 8 atomes de carbone. Des exemples en sont les restes éthylène, propane-1,3-diyle, butane-1,4- diyle, hexane-1,6-diyle ou octane-1,8-diyle. Le reste éthylène est particulièrement préféré. Des restes cycloaliphatiques préférés contiennent 6 atomes de carbone cycliques. Des exemples préférés en sont le 1,4-cyclohexanediméthanol ou le cyclohexane- 1,4-diyle. Tous ces restes, énumérés ci-dessus, peuvent être substitués de préférence par i ou 2 restes inertes. Des exemples en sont des groupes alkyle ou alcoxy ou des atomes d'halogène. Ils comprennent en particulier des groupes alkyle de 1 à 6 atomes de carbone, qui peuvent être ramifiés ou, de préférence, linéaires, de façon particulièrement préférée le reste méthyle ou éthyle; ou des groupes alcoxy de 1 à 6 atomes de carbone dans le reste alkyle, qui peuvent être ramifiés ou, de préférence, linéaires, de façon particulièrement préférée le reste méthoxy ou éthoxy; ou le chlore ou le brome. Lorsque des groupes quelconques représentent un reste d'un acide dicarboxylique cycloaliphatique, il s'agit habituellement d'un groupe contenant un cycle de 5 ou en particulier de 6 atomes de carbone, par exemple d'un reste 1,4- cyclohexylène. Les polyesters modifiés utilisés selon l'invention présentent habituellement une viscosité intrinsèque d'au moins 0,5 dl/g, de préférence de 0,6 à 1,5 dl/g. La mesure de la viscosité intrinsèque s'effectue dans une solution du copolyester dans de l'acide dichloracétique à 25 C. Avec le procédé selon l'invention, tous les avantages reconnus depuis longtemps déjà lors de l'utilisation du soudage à haute fréquence sur d'autres matières synthétiques sont transposables au groupe des polyesters. Ces avantages comprennent par exemple la rapidité du procédé, la possibilité d'éviter l'utilisation de produits de soudure ou d'adhésifs additionnels et - comme les électrodes restent froides dans le procédé la suppression d'une charge thermique sur les partenaires de soudure insensibles à la haute fréquence. Comme avantage particulier du procédé selon l'invention, il faut mettre en évidence le fait que l'on n'a pas besoin d'utiliser de dispositifs spécialement adaptés. Le procédé peut être mis en oeuvre à l'aide des installations classiques pour le soudage à haute fréquence. Dans le procédé selon l'invention, on utilise habituellement un rayonnement électromagnétique de haute fréquence du domaine de fréquences allant de 10 kHz à 200 MHz, de préférence de 20 à 200 MIHz, de façon particulièrement préférée de 25 à 72 MHz et en particulier d'environ 27 MHz: La densité de flux d'énergie habituelle varie dans l'intervalle compris entre environ 5 et 100 W/cm2. Les temps de soudage habituels sont de 1 à 100 secondes, de préférence de 10 à 30 secondes. On peut effectuer l'opération de soudage sans exercer de pression sur les pièces à assembler. On exerce de préférence une pression additionnelle. Le procédé selon l'invention permet d'assembler ou de préparer des pièces moulées en polyester ou en polyester et d'autres matériaux ou de les souder par fusion totale, partielle ou dans un moule d'un modèle donné. On utilise de façon particulièrement préférée des produits moulés contenant un poly(téréphtalate d'éthylène) modifié qui contient 40 à 95 % en mol d'unités constitutives de formule m et 60 à 5 % en mol d'unités constitutives de formule IV, o Ar3 est un reste 1,4-phénylène et/ou 2,6-naphtylène, R3 et R4 représentent des restes éthylène et Ar4 est un reste 1,3-phénylène. Dans un autre mode de réalisation particulièrement préféré du procédé selon l'invention, on renforce ou on assemble des produits plats, en particulier des tissus, des nappes, des tricots, des tissus à maille ou des non-tissés. L'invention concerne aussi l'utilisation des polyesters définis ci- dessus pour le soudage par fusion par une technique de soudage à haute fréquence. Les exemples ci-dessous expliquent l'invention dans la limiter. Exemple 1 On a densifié à haute fréquence (27 MHz) pendant 10 secondes, avec une densité de flux d'énergie de 40 W/cm2 et sous une pression de 5 bars, un non-tissé de fibres coupées constitué de 70 % en volume d'une fibre 1 et de 30 % en volume d'une fibre 2, la fibre 1 étant une fibre du type à noyau et à gaine avec 50 % en volume de noyau constitué de poly(téréphtalate d'éthylène) et 50 % en volume de gaine constituée de poly(téréphtalate d'éthylène) modifié avec de l'acide isophtalique (teneur en acide isophtalique [par rapport au constituant acide] de 40 % en mol) et la fibre 2 étant une fibre de poly(téréphtalate d'éthylène). La partie gaine de la fibre 1 a alors fondu et a collé les portions de fibres restantes. On a obtenu une bonne densification et un bon renforcement. Exemple 2 On a densifié à haute fréquence (27 MHz) pendant 10 secondes, avec une densité de flux d'énergie de 40 W/cm2 et sous une pression de 5 bars, un non-tissé de fibres coupées constitué de 70 % en volume d'une fibre 3 et de 30 % en volume d'une fibre 4, la fibre 3 étant une fibre de poly(téréphtalate d'éthylène) modifié avec de l'acide isophtalique (teneur en acide isophtalique [par rapport au constituant acide] de % en mol) et la fibre 4 étant une fibre de poly(téréphtalate d'éthylène). On a observé un renforcement nettement amélioré et une surface plus lisse du produit plat formé. La fibre 3 a fondu complètement et a formé une matrice autour des constituants fibreux restants. Exemple 3 On a superposé sur 25 mm deux bandes de polyester renforcé avec des fibres de verre (50 % en volume de verre) de 2 mm d'épaisseur et de 20 mm de largeur, et on les a soudées à haute fréquence. Le polyester était constitué d'un poly(téréphtalate d'éthylène) modifié avec de l'acide isophtalique ayant une teneur en acide isophtalique (par rapport aux constituants acides) de 40 % en mol. On a observé une bonne soudure des deux bandes. Exemple 4 On a superposé sur 25 mm deux bandes de polyester renforcé avec des fibres de verre (50 % en volume de verre) de 2 mm d'épaisseur et de 20 mm de largeur, et on les a soudées à haute fréquence. Le polyester était constitué d'un poly(téréphtalate d'éthylène) modifié avec de l'acide isophtalique ayant une teneur en acide isophtalique (par rapport aux constituants acides) de 33 % en mol. On a observé une bonne soudure des deux bandes. Exemple comparatif On a superposé sur 25 mm deux bandes de polyester renforcé avec des fibres de verre (50 % en volume de verre) de 2 mm d'épaisseur et de 20 mm de largeur, et on les a soudées à haute fréquence. Les réglages des machines correspondaient à ceux des exemples 3 et 4. Le polyester était constitué de poly(téréphtalate d'éthylène). On n'a observé aucune soudure des deux bandes. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage par fusion de produits moulés, en particulier de plaques, de feuilles, de revêtements, de corps creux, d'articles moulés par injection, de fils et de produits plats textiles contenant ces fils, comprenant les opérations selon lesquelles: a) on part d'un produit moulé en polyester contenant au moins 5 % en mol de l'unité constitutive de formule I et/ou au moins 5 % en mol de l'unité constitutive de formule II -O-OC-Ar'-CO-O-R'- (I), et -O-OC- R2-CO-O-Ar2- (II), o Ar' et Ar2 représentent indépendamment l'un de l'autre un reste aromatique divalent mono- ou polycyclique, dont les valences libres se trouvent en position méta l'une par rapport à l'autre ou en des positions faisant un angle comparable à cette position, de préférence un reste 1,3-phénylène, R' représente un reste divalent aliphatique ou cycloaliphatique, de préférence un reste de formule -CDH2n- o n est un nombre entier compris entre 2 et 6, en particulier un reste éthylène, ou un reste dérivé de cyclohexanediméthanol, et R2 représente un reste divalent aliphatique, cycloaliphatique ou aromatique mono- ou polycyclique, et b) on fait agir un rayonnement électromagnétique de haute fréquence, de préférence dans le domaine des ondes radio, à une intensité et pendant un temps tels qu'au moins une partie du produit moulé se soude par fusion. 2. Procédé de soudage par fusion de produits moulés selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit moulé est un fil contenant des fibres coupées ou des fils continus de polyester selon la revendication 1, ou en ce que le produit moulé est un produit plat textile contenant un tel fil. 3. Procédé de soudage par fusion de fils selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fil est utilisé au départ sous forme d'un fil hybride contenant des fibres renforçantes, de préférence des fils continus renforçants, et des fibres de matrice, de préférence des fils continus de matrice, constituées de polyesters selon la revendication 1, qui fondent à une température plus basse. 4. Procédé de soudage par fusion de fils selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fibres de matrice constituées de polyesters ont un point de fusion inférieur d'au moins 30 C au point de fusion ou au point de décomposition des fils continus renforçants. 5. Procédé de soudage par fusion de fils selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fibres renforçantes ont un module initial supérieur à 50 GPa, et sont constituées de préférence de verre, de carbone ou de polyamide aromatique. 6. Procédé de soudage par fusion de fils selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fibres renforçantes ont un module initial supérieur à 10 GPa et sont constituées de polyester, en particulier de poly(téréphtalate d'éthylène). 7. Procédé de soudage par fusion de produits moulés selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit moulé est un poly(téréphtalate d'éthylène) modifié qui contient les unités constitutives de formule III et IV: -O-OC-Ar3-CO-O-R3- (III), et -O-OC-R4-CO-O-Ar4- (IV), o Ar3 représente un reste aromatique divalent mono- ou polycyclique, dont les valences libres se trouvent en position para l'une par rapport à l'autre ou en des positions parallèles ou coaxiales comparables à cette position, de préférence un reste i1,4-phénylène et/ou 2,6-naphtylène, R3 et R4 représentent indépendamment l'un de l'autre des restes divalents aliphatiques ou cycloaliphatiques, en particulier des restes de formule C.H2.- o n est un nombre entier compris entre 2 et 6, en particulier un reste éthylène, ou un reste dérivé de cyclohexanediméthanol, et Ar4 désigne un reste aromatique divalent mono- ou polycyclique, dont les valences libres se trouvent en position méta l'une par rapport à l'autre ou en des positions formant un angle comparable à cette position, de préférence un reste 1,3phénylène. 8. Procédé de soudage par fusion de produits moulés selon la revendication 7, caractérisé en ce que les produits moulés contiennent un poly(téréphtalate d'éthylène) qui contient 40 à 95 % en mol d'unités constitutives de formule II et 60 à 5 % en mol d'unités constitutives de formule IV, o Ar3 est un reste 1,4-phénylène et/ou 2,6-naphtylène, R3 et R4 représentent des restes éthylène et Ar4 est un reste 1,3-phénylène. 9. Procédé de renforcement et/ou d'assemblage de produits plats textiles, en particulier de tissus, de nappes, de tricots, de tissus à mailles ou de non-tissés, comprenant les opérations selon lesquelles: a) on part d'un produit plat textile contenant des fils selon la il revendication 1, et b) on fait agir un rayonnement électromagnétique de haute fréquence, de préférence dans le domaine des ondes radio, à une intensité et pendant un temps tels qu'au moins une partie des fils selon la revendication 1 du produit plat textile se soude par fusion. 10. Utilisation des polyesters selon la revendication 1 pour le soudage par fusion par une technique de soudage à haute fréquence.