Brevet FR2746689A1 — publié le 19971003

La présente invention concerne un support fibreux utilisable pour la fabrication d'un produit abrasif couché et le produit abrasif incorporant un tel support. L'invention concerne aussi l'utilisation d'un tel support pour la fabrication d'un abrasif couche'. On désigne, au sens de l'invention par abrasif couche', un produit abrasif constitué d'un support sur l'une des surfaces duquel sont assujettis des grains abrasifs. On connaît des produits abrasifs couchés utilisés sous forme de feuilles, de bandes sans fin ou de disques pour poncer ou abraser des pièces en bois ou métal. L'abrasion peut se faire à sec ou en milieu humide. La figure unique, jointe au présent mémoire, représente, en coupe, un produit abrasif couché classique. En référence à cette figure, on notera que de tels produits abrasifs comprennent en général un support (1) sur lequel ont été déposés une couche d'encollage (2) puis des grains abrasifs (3) recouverts d'une couche de surcollage (4). On peut éventuellement ajouter sur la couche de surcollage (4) une autre couche dite couche de supercollage qui est une couche anti-encrassement contenant par exemple des cires, du stéarate de zinc. Eventuellement le produit abrasif peut comporter d'autres couches ayant une fonction spéciale par exemple une couche antistatique contenant des agents antistatiques, ces couches sont disposées sur les couches précédentes ou entre elles ou au dos du support. Le support (1) peut être une toile, un papier, un non-tissé ou un support à base de fibres vulcanisées; ces supports peuvent être combinés pour avoir de meilleures caractéristiques mécaniques. On peut aussi associer un papier avec un film ou une couche plastique extrudée comme décrit dans le brevet US 5286541 pour éviter le déchiquetage des bords du produit abrasif lors de son utilisation. Le support peut comporter des agents antistatiques. On dépose sur ce support, la couche d'encollage (2) par un moyen approprié de couchage tel que le couchage aux rouleaux ou l'héliogravure. La couche d'encollage (2) dénommée souvent par l'homme du métier sous le vocable anglais " make coat " est une composition, de préférence réalisée en milieu aqueux comprenant un adhésif durcissable qui peut être une colle naturelle comme la gélatine ou une résine synthétique telle que les résines phénoliques, urée-formol, mélamine-formaldéhyde, polyuréthane, époxy, alkydes, acryliques ou leurs mélanges, adhésif auquel on ajoute le plus souvent une charge, en particulier une charge minérale telle que le carbonate de calcium, la cryolite. Elle peut comporter aussi d'autres additifs comme par exemple des plastifiants, des colorants, des agents de mouillage, des produits antistatiques. Sur cette couche (2) non séchée, on applique les grains abrasifs (3). Ces grains peuvent être déposés par différents moyens, notamment par gravité ou par dépôt électrostatique. Ces grains peuvent être choisis notamment parmi l'oxyde d'aluminium, le carbure de silicium, le grenat, I'émeri, le nitrure de bore cubique ou encore l'oxyde de zirconium ; ces deux derniers sont les plus abrasifs. Les grains peuvent être sous forme d'agrégats qui sont composés de grains agglomérés, ces agrégats ont une plus longue durée de vie. L'homme du métier choisit la nature des grains selon la pièce à abraser. Par ailleurs, ces grains peuvent avoir une granulométrie choisie selon la surface à abraser et le niveau de polissage souhaité. Habituellement on classe ces grains selon la norme fixée par la FEPA (Federation of European Producers of Abrasives) ; le grade pour un produit abrasif couché est une référence commençant par un P suivi d'un nombre indiquant le numéro de grain; plus le nombre est élevé, plus le grain est fin. On peut déposer plusieurs types de grains en une ou plusieurs couches. Selon une alternative on peut déposer la composition (2) et les grains abrasifs (3) ensemble s'ils ont été prémélangés. Le support ainsi enduit subit un premier séchage. La résine de la composition (2) est durcie lors de ce séchage. Le séchage est généralement réalisé dans un four à festons ou un four linéaire. Les températures et les temps de séchage sont choisis par l'homme du métier selon la nature de la composition (2); en général ce traitement est fait selon des gradients de température et d'humidité le long du four. Par exemple, on peut sécher la couche (2) avec les grains (3) pendant 30 minutes entre 65 et 115-C. L'étape suivante consiste à déposer une composition de surcollage (4) qui est réalisée avec les mêmes composés que ceux utilisés pour faire la composition d'encollage (2), la composition (4) étant cependant plus diluée que (2) afin de bien s'infiltrer entre les grains abrasifs (3), sans obligatoirement recouvrir entièrement les grains. La couche (2) et la couche (4) peuvent être de natures chimiques différentes, on peut associer une couche réalisée avec de la gélatine et une couche avec une résine synthétique. Elle permet de renforcer la fixation des grains. Le produit obtenu est alors séché à nouveau ; la résine de la couche (4) étant partiellement durcie comme dans le cas la couche (2). Les températures et les temps de séchage comme précédemment sont adaptés à la nature de la couche. Par exemple, on peut sécher le produit entre 65 et 1'0in, pendant 90 à 140 minutes, dans un four à festons. En général, après cette étape, le produit obtenu est mis en bobine, appelée en terme de métier "bobine jumbo". Ces bobines sont ensuite soumises à une étape supplémentaire qui dépend de la nature de la résine. Ainsi, dans le cas des résines thermodurcissables, par exemple phénoliques, elles sont traitées afin de réticuler totalement les couches (2) et (4) en portant les bobines à une température d'environ 100 à 1300C pendant plusieurs heures, généralement de 4 à 72 heures. Dans le cas des résines pour lesquelles cette étape de post-réticulation n'existe pas, par exemple dans le cas des résines urée-formol ou de la gélatine, le séchage et le durcissement sont complètement réalisés durant le deuxième passage dans le four. On laisse ensuite refroidir la bobine, par exemple jusqu'à 40in. Après ce traitement thermique sévère il faut reconditionner le verso de la feuille de produit abrasif en la débobinant pour la mouiller avec de l'eau contenant éventuellement des additifs ou avec de la vapeur d'eau et on l'enroule à nouveau sous forme de bobine. On laisse ainsi la bobine un certain temps afin que l'équilibre soit atteint. Dans une étape suivante, la feuille de produit abrasif couché peut être soumise à une étape dite de "flexage". Le flexage se fait classiquement par déroulage de la feuille bobinée et passage sous une barre selon certains angles puis remise en bobine. Les bobines sont ensuite découpées, si nécessaire, au format désiré, pour réaliser en particulier des disques, des feuilles ou des bandes. Le support (1) est généralement fabriqué à part, dans une première étape. Dans le cas où il s'agit de papier, ce papier est fabriqué à partir de fibres de cellulose, en mélange éventuellement avec des fibres synthétiques et comporte en général un agent de collage et éventuellement d'autres additifs classiques utilisés en papeterie. Actuellement l'un des inconvénients majeurs est que la feuille se déchire ou casse et/ou présente du roulage lors de son passage dans les fours. De même lorsqu'il faut bobiner le produit abrasif après son passage dans les fours à festons ou dans les fours linéaires, il se déchire et peut même se casser du fait qu'il manque de flexibilité et du fait qu'il présente un roulage important souvent désigné en terme de métier sous le vocable anglais "curl" c'est-à-dire que ses bords se courbent. Ceci donne beaucoup de déchets et ralentit la fabrication du produit abrasif. En effet de manière générale, lorsqu'on est conduit à coucher ou enduire de façon dissymétrique un support fibreux, notamment à base de fibres de cellulose comme le papier, sensible à la chaleur et à l'humidité, on peut observer des problèmes de roulage du produit couché, notamment lorsqu'il a été soumis à haute température. Cest pourquoi, I'invention vise aussi la solution de ce problème plus général. Dans le domaine des abrasifs, par exemple, pour remédier à cet inconvénient, un moyen peut être d'imprégner le support fibreux d'un latex. L'utilisation d'un latex conduit à un surcoût du produit car les latex sont des produits assez chers. Par ailleurs, il est difficile de recycler un papier imprégné de latex, un tel papier n'étant pas ou très difficilement repulpable en machine à papier. Un autre moyen connu pour améliorer la stabilité dimensionnelle des papiers est de traiter le support avec des rétenteurs d'humidité comme le sorbitol, les polyéthylène glycols ou la glycérine cependant ils ont une efficacité insuffisante dans le cas des produits abrasifs couchés comme montré ci-après dans les exemples. Un autre inconvénient lors de la fabrication des abrasifs couchés est que l'étape de reconditionnement dure assez longtemps, la bobine se réhumidifiant lentement. L'invention vise à résoudre les inconvénients cités ci-dessus. Le premier but de l'invention est donc de fournir un produit abrasif couché flexible sans problème de roulage. Un second but de l'invention est de fournir un produit abrasif couché se reconditionnant plus rapidement que les abrasifs actuels. La Demanderesse a trouvé de façon surprenante que par l'introduction d'urée ou d'un mélange contenant de l'urée et un produit à caractère hygroscopique dans un support fibreux, à base de fibres de cellulose, on diminue fortement voire on supprime le problème du roulage du produit couché et on contribue à diminuer fortement les risques de voir les produits se casser lors de leur transformation. De plus les bobines de produit abrasif couché se reconditionnent plus rapidement. Par ailleurs, ce support a une bonne flexibilité et peut être utilisé en particulier pour l'abrasion nécessitant un produit abrasif flexible, en particulier pour l'abrasion à sec. Ainsi, I'invention concerne, selon une de ses caractéristiques essentielles, un support fibreux destiné à fabriquer un produit abrasif couché, caractérisé par le fait qu'il contient de l'urée ou un mélange d'urée et d'au moins un autre produit à caractère hygroscopique. Plus particulièrement, les mélanges comprenant de l'urée sont des mélanges d'urée et d'un sel inorganique. De préférence, le mélange comprenant de l'urée est un mélange d'urée et de nitrate de sodium; de préférence le rapport, en poids, urée/nitrate de sodium est supérieur à 1,5. De préférence, le support fibreux comporte au moins 2% en poids d'urée ou du mélange contenant de l'urée et au moins un autre produit à caractère hygroscopique. Le taux d'urée ou de mélange d'urée et d'au moins un autre produit à caractère hygroscopique dépend en fait étroitement du grammage du support. Ainsi, pour des applications mettant en oeuvre des supports de grammage inférieur à 150 g/m2, ce taux sera de préférence supérieur à 5%. Ce support est avantageusement un papier ou un non-tissé à base de fibres de cellulose éventuellement en mélange avec des fibres synthétiques. Le support de l'abrasif comporte avantageusement au moins un agent de collage classique tel qu'un alkylcétène dimère ou tout autre agent de collage traditionnellement utilisé en papeterie. L'invention couvre aussi le produit abrasif couché comportant un support fibreux tel que défini précédemment et présentant des grains abrasifs assujettis à sa surface. En particulier, les grains abrasifs sont assujettis par au moins un adhésif, constituant ainsi avec le support ce que l'on dénomme dans le présent mémoire un produit abrasif couché. Le produit abrasif couché est réalisé de manière habituelle telle que décrite en détail ci-avant, des variantes n'étant pas exclues. Ce produit abrasif comprend donc, outre le support et les grains abrasifs, au moins une couche adhésive permettant l'assujettissement des grains d'abrasifs à l'une des faces du support. Le support selon l'invention peut être utilisé dans tout procédé classique d'élaboration d'un abrasif couché présentant notamment une couche d'encollage, une couche de surcollage et, le cas échéant, une couche de supercollage comme exposé dans la partie introductive du présent mémoire. A titre d'exemple on décrit ci-dessous un procédé de réalisation complet d'un abrasif selon l'invention. Le procédé de fabrication du produit abrasif couché comprend avantageusement les étapes suivantes: - on réalise sur une machine à papier un support fibreux (1) en formant une feuille à partir d'une suspension aqueuse comportant des fibres de cellulose et éventuellement des fibres synthétiques, au moins un agent de collage et éventuellement des adjuvants classiques de papeterie, - on sèche la feuille obtenue, - on imprègne la dite feuille avec une composition comportant au moins un composé choisi parmi l'urée, les composés comportant dc l'urée et au moins un agent de collage et éventuellement d'autres additifs tel qu'un agent antimousse, on sèche le support ainsi obtenu, - on applique une couche d'encollage (2) thermodurcissable, - on applique, sur la couche (2) non séchée, des grains abrasifs (3) par des moyens conventionnels tels que le dépôt par gravité, par électrostatisme, - on sèche et thermodurcit partiellement la couche (2) avec les grains (3), - on applique une couche de surencollage (4) thermodurcissable, - on sèche et thermodurcit partiellement la couche (4), - on bobine la feuille de produit abrasif couché, - on termine, lorsque le type de résine l'impose, le thermodurcissement des couches (2) et (4) en chauffant la bobine dans un four vers 100 à 130-C, - on laisse refroidir la bobine, par exemple jusque vers 400C, - on débobine la feuille de produit abrasif couché pour la mouiller au verso (face ne comportant pas les grains abrasifs) avec de l'eau comportant éventuellement des additifs ou avec de la vapeur d'eau et on la remet en bobine, - on laisse ainsi la bobine se reconditionner, - on fait subir à la feuille de produit abrasif couché une étape de flexage. L'invention conceme également, selon une de ses autres caractéristiques essentielles, I'utilisation d'urée ou d'un mélange d'urée et d'au moins un produit à caractère hygroscopique, en particulier d'un mélange d'urée et d'un sel inorganique, en particulier un mélange d'urée et de nitrate de sodium comme agent destiné à éviter le roulage d'un support fibreux lors de l'élaboration d'un produit fibreux couché, notamment d'un produit abrasif couché, à partir de ce support. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples non limitatifs suivants: EXEMPLE 1: Réalisation du support Sur une machine à papier de type forme ronde, on réalise un support papier comme suit: On prépare une suspension de fibres de cellulose raffinées à 37-SR en milieu aqueux, à laquelle on ajoute en masse un agent de collage tel que du sulfate d'alumine et un autre agent de collage, par exemple de la colophane. On traite la feuille obtenue, en presse encolleuse, à l'aide d'une composition aqueuse réalisée comme suit : on dissout à 40'C un agent régulateur de viscosité, tel que la carboxyméthylcellulose (CMC) dans de l'eau, on ajoute un agent de collage, par exemple un alkylcétène dimère (AKD) et de l'urée. On peut éventuellement ajouter un agent antimousse. On sèche la feuille obtenue. Le grammage du papier fini est de 120 g/m2, la reprise, en poids sec, de la composition étant de 20 g/m2. Réalisation du produit abrasif: On réalise un produit abrasif à partir du support précédemment réalisé. On couche le support, à l'aide d'une barre de Meyer, avec une composition aqueuse d'encollage conventionnelle, comprenant une résine thermodurcissable urée-formol et comme charge du carbonate de calcium. La teneur totale en solides de cette composition est de 58%. On ajoute de l'eau pour régler la viscosité à 2,5 Pa.s (2500 cps) à 25-C. La quantité déposée est de 25 g/m2 en poids sec. Immédiatement après le dépôt de cette composition (2), on dépose, par gravimétrie, des grains abrasifs (3) conventionnels d'oxyde d'alumine (granulométrie P220). La quantité déposée est de 100 g/m2. On sèche le papier ainsi couché dans une étuve à 65in, pendant 90 minutes, afin de sécher le papier et de réticuler partiellement la résine de (2). Ensuite, on applique à la barre de Meyer, sur ce papier couché, une composition de surcollage (4), réalisée de la même façon que (2), mais elle a une viscosité de 1 Pa.s (1000 cps) à 25in; la teneur totale en solides de cette composition est de 54 %. La quantité de produit (4) déposée est de 35 g/m2 en poids sec. On sèche à nouveau le papier ainsi couché dans une étuve à 65-C, pendant 90 minutes, afin de sécher le papier et de réticuler partiellement la résine de (3). La feuille est soumise à 120-C pendant quatre heures, afin de compléter le thermodurcissement des couches (2) et (4) à la dureté souhaitée. EXEMPLE 2: On réalise un support (1) comme dans l'exemple 1 mais la composition de presse encolleuse comporte de l'urée et du nitrate de sodium, le rapport en poids urée/nitrate de sodium est de 1,7; ainsi on traite la feuille obtenue, en presse encolleuse, à l'aide d'une composition aqueuse réalisée comme suit : on dissout à 400C un agent régulateur de viscosité, tel que la carboxyméthylcellulose (CMC) dans de l'eau, on ajoute un agent de collage, par exemple un alkylcétène dimère, de l'urée, du nitrate de sodium. Ensuite on réalise un abrasif couché comme précédemment. EXEMPLE3: On réalise un support (1) comme dans l'exemple mais le rapport urée/nitrate de sodium est de 3,4. EXEMPLE COMPARATIF: On réalise un support comme dans les exemples précédent mais la composition de presse encolleuse comporte du sorbitol au lieu de l'urée ou de l'urée et du nitrate de sodium. Ensuite on réalise un abrasif couché comme précédemment. RESULTATS: Pour les exemples 1, 2 et 3 et l'exemple comparatif, les quantités des composés de la composition de la presse encolleuse sont mentionnées dans le tableau 1, les quantités sont exprimées, pour 100g de la composition, en poids du produit commercial, l'extrait sec du produit étant précisé. Dans le tableau 1 sont aussi donnés: - le grammage des supports obtenus en sortie machine à papier, - la rigidité TABER des supports obtenus en sortie machine à papier est déterminée selon la norme Afnor NF 03-048, - le degré de collage des supports obtenus en sortie machine à papier est donné par le COBB selon la norme AFNOR NF EN 20535, - la moyenne de la déchirure non amorcée des supports obtenus et conditionnés à 50% d'humidité relative (HR) et à 23in, déterminée selon la norme Tappi 470 om86, - le module d'élasticité en traction E, appelé module d'YOUNG , est déduit, par calcul, à partir de l'enregistrement de la force F en fonction du pourcentage d'allongement AL/L réalisé d'après la norme ISO 1924/2 (1985), selon la formule: E(N/mm2) = (L/L) x (F/s) hl: allongement des éprouvettes, en mm s: section des éprouvettes, en mm2 L: longueur de l'éprouvette, en mm F: force de rupture à l'allongement, en Newton, le module est donné pour le support conditionné à 50% d'humité relative (HR) et à 23-C, pour le support juste après son étuvage pendant 2 heures à 120'C, le support ainsi étuvé et reconditionné à 50%HR et 230C pendant 15 minutes, le support ainsi étuvé et reconditionné à 50%HR et 230C pendant 120 minutes, - la tendance au roulage des différents produits abrasifs couchés conditionnés à 50%HR et 23-C, appréciée visuellement. il ressort clairement du tableau que les exemples 1 à 3 conviennent pour supprimer le roulage du produit abrasif couché alors que le sorbitol ne convient absolument pas. De plus il apparaît que l'effet de l'association de l'urée et de nitrate de sodium est supérieur à celui de l'urée seule. TABLEAU 1 Formulations et EXEMPLE EXEMPLE EXEMPLE EXEMPLE caractéristiques COMPARATIF 1 2 3 eau 44,7g 44,7g 44,7g 44,7g agent régulateur de 0,3g 0,3g 0,3g 0,3g viscosité (CMC) agent de collage: AKD (Extrait sec:6,5%) 5g 5g 5g 5g sorbitol 50g 0 0 0 (Extrait sec:70%) urée technique 0 50g 31g 38,5g nitrate de sodium O O 19g 11,5 Extrait sec de la 37,5 % 25 % 51% 51 % composition Grammage (g/m2) 120 120 120 120 Rigidité TABER sens marche 4,1 3,4 3,2 3 sens travers 1,9 1,4 1,1 0,8 Cobb eau, 2mn 30 34 34 34 Déchirure non amorcée 3,1 4 4,4 4,2 Module d'YOUNG E conditionné: 5818 4162 4025 3825 sortie étuvage: 6880 5882 5900 5763 reconditionné 15 mn 6182 4336 4123 3962 reconditionné 120 mn 5990 4221 4056 3920 Roulage du produit produit bords pas de pas de abrasif couché entièrement légèrement roulage roulage roulé courbés REVENDICATIONS 1. Support fibreux (1) destiné à fabriquer un produit abrasif couché, caractérisé par le fait que qu'il contient de l'urée ou un mélange d'urée et d'au moins un autre produit à caractère hygroscopique. 2. Support fibreux selon la revendication 1 ,caractérisé par le fait qu'il contient au moins 2% en poids d'urée ou dudit mélange, notamment au moins 5% dans le cas d'un support de grammage inférieur à 150 g/m2. 3. Support fibreux selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le mélange comprenant de l'urée est un mélange d'urée et d'un sel inorganique. 4. Support fibreux selon la revendication 3 , caractérisé par le fait que le sel inorganique est le nitrate de sodium. 5. Support fibreux selon la revendication 4 caractérisé par le fait que le mélange contenant de l'urée et du nitrate de sodium présente un rapport en poids urée/nitrate de sodium supérieur à 1,5. 6. Support selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que ledit support comporte au moins un agent de collage. 7. Support selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit support est sous la forme d'un papier ou d'un non-tissé à base de fibres de cellulose éventuellement en mélange avec des fibres synthétiques. 8. Produit abrasif couché comportant un support fibreux (1) présentant des grains abrasifs (3) assujettis sur l'une de ses faces, caractérisé par le fait qu'il comprend un support selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Produit abrasif couché selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les grains abrasifs (3) sont assujettis à une des faces dudit support par au moins une couche adhésive (2, 4). 10. Utilisation d'urée ou d'un mélange d'urée et d'au moins un produit à caractère hygroscopique, en particulier d'un mélange d'urée et d'un sel inorganique, en particulier d'un mélange d'urée et de nitrate de sodium comme agent destiné à éviter le roulage d'un support fibreux lors de l'élaboration d'un produit couché à partir dudit support. 11. Utilisation selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit produit couché est un produit abrasif couché.